도자기의 성형

LONG

 

가. 가소성

물레 성형 방법에 의한 가소성 성형은 도자기의 성형 방법으로 가장 오랜 역사를 가지고 있다. 가소성이란 우리가 어릴 때 가지고 놀던 찰흙과 같은손으로 주물러서 만들고 싶은 모양 데로 할 수 있는 흙의 성질을 말한다. 또 수분이 적당하게 있으면 부드럽고 어떤 모양을 만들면 모양이 유지되어 원래의 상태로 되돌아가지 않으며 수분이 마르면 단단하게 굳는다. 이러한 성질을 활용하여 성형하는 것을 가소성 성형이라 한다.

나. 배토 준비

 물레는 동그란 원형의 물건을 성형하기 위하여 사용하는 원형의 회전대를 말하며 그 회전대위에 원추형의 준비된 가소성의 배토를 올려놓고 물을 윤활제로 하여 기물을 성형하는 장치이다. 여기서, 배토란 진공토련기로 토련하여 성형하기 좋도록 되어 있는 알 맞는 양의 원료를 의미한다.

다. 물레의 종류

물레를 분류하는 방법에는 첫째, 구동력을 얻는 방법에 따른 구분, 둘째, 성형을 담당하는 흙손의 위치에 따른 구분, 셋째, 대량의 자동생산을 위하여 기물 모양의 석고형에 배토를 넣고 그 위에서 롤러를 회전시켜 기물을 성형하는 롤러머신 등으로 구분한다. 아래에서 물레에 대하여 설명하기로 한다.

구동력을 얻는 방법에는 손물레, 발물레와 전기변속물레 등이 있는데 기물의 크기를 임의로 성형할 수 있기 때문에  크기가 작은 기물에서부터 큰 기물까지 여러 가지 규격의 기물성형이 가능하다. 옛날에는 물레의 원판회전을 손이나 발로하였으나 현재는 동력을 쓰는 전기변속물레가 보급되어서 사용하고 있다.

흙손의 위치에 따른 방법에는 내흙손 물레, 외흙손 물레가 있으며 근자에는 대부분 생산공장에서는 석고로 만든 석고형을 써서 성형하는 반자동물레나 대량생산이 가능한 롤러머신을 사용하여 생산성을 높이고 있다.

롤러머신은 물레부분, 석고틀, 배토 놓는 방법 등은 같으나 반자동물레에서 사용하는 금속제의 흙손 대신 가열된 금속롤러를 사용하는 것이 다르다.

 아직도 전통 공예에서는 물레를 사용하고 있으며, 그밖에 배토를 동아줄 같이 만들어 둥그렇게 감아서 쌓아올리는 성  형방법과 손으로 성형하는 수타방법 등도 사용되고 있다.

그림 Ⅲ-4는 이조시대의 발물레질하는 도공과 장사를 주도하던 보부상 동상의 사진으로 그 시대의 산업역군들이라고 말할 수 있겠다.

라. 물레 성형

위에서 언급한 바와 같이 성형은 점토의 가소성을 이용해 반죽한 배토를 활용하여 성형하는 방법이다. 손물레나 발물레의 사용은 예전부터 행하여져 왔으며 일반적으로도 잘 알려져 있는 성형 방법의 하나이다.

배토를 골고루 섞어주고 내부의 공기를  제거하는 기계인 진공토련기를 사용할 경우에는 배토의 준비가 비교적 간단하다. 그러나 손으로 배토를 준비할 경우에는 손으로 여러 차례반죽을 되풀이하여 배토 내부의 수분을 균일하게 하고, 내부에 있는 기포 즉 공기를 충분히 제거해야 한다.

1) 발물레 및 전기변속물레성형

물레의 회전은 손을 이용하기도 하며 특히 전통적인 방법에는 발로 차서 회전 동력을 얻기도 한다. 물레의 회전정반 위에서 배토를 자유롭게 다루기 위해서는 상당한 숙련이 요구된다. 그렇기 때문에 물레의 회전을 전동기로 하고, 회전정반 위에서의 성형 작업은 쉽게 할 수 있도록 전동 물레를 사용하는 경우가 많은데 이 경우에는 회전 방향과 속도를 조절할 수 있다.

 손물레는 지름이 30-50cm 정도의 목재 원반을 회전 중심축의 위쪽에 설치하여  그림 Ⅲ-5(a)와 같이 손으로 목재 원반을 회전시켜 일반적인 생활 도자기와 같은 원형의 제품을 성형할 수 있도록 되어 있다. 발물레는 그림 Ⅲ-5 (b)와 같이  밑에 있는 원반을 발로 차서 원반을 회전시 성형 할 수 있도록 되어 있다. 지금도 전통 공예 제조 공정에는 손물레와 발물레를 활용하고 있다. 금속제료로 만든 손물레는 그림 Ⅲ-6과 같이 도자기의 조각이나 그림을 그릴 때 많이 사용하고있다.

요즈음 작업자가 임의로 속도를 조정 변속하여 작업을 할 수 있도록 설계 제작된 그림 Ⅲ-7과 같은 전동물레를 주로 쓰고 있다.

2) 롤러머신 성형

 가) 자동 롤러머신 성형

배토를 진공토련기에서 토련하여 내부에 있는 공기를 제거하고 특성이 좋아질 때까지 가급적 저온에서 숙성시킨다.

 그림 Ⅲ-8 자동롤러머신의 성형 작업 사진이다. 숙성되어 내부수분의 확산으로 수분 분포가 고르게되어 작업성이 좋아진 배토를 가지고 성형하면 건조와 소성 공정에서 변형이 적게 발생한다. 배토의 토련공정에서는 진공토련기의 진공상태가 완전히 유지되도록 장비를 관리하여 배토의 내부에 있는 공기를 완전히 제거하는 것이 중요하다.

 특히 배토의 수분함량 및 수분의 분포를 일정하게 관리하여야 한다. 여과해서 건조시킨 원료를 토련할 때에 진공토련기에 투입하는 원료는 건조가 된 것과 안된 것을 골고루 섞어서 토련하는 것 이 필요하다.

 토련공정을 끝마친 배토는 보관 및 운반과정에서 수분이 증발하거나 외부에서 흡수 가 되지 않도록 외부와 공기의 흐름을 차단 혹은 조절할 수 있어야 한다. 이것을 위하여 별도의 보관 및 운반 장치를 제작하여 사용할 필요가 있다.

 철저하게 관리된 배토를 사용하면 성형할 때에 성형제품이 일정한 밀도를 유지할 수 있다.  사용해서 흙손을 뒷면에 대고 성형제품의 표면을 다듬질하는데 조심하지 않으면 성형물의 수분함량 이 위치에 따라서 불균일 해진다. 성형이 이런 원인으로 발생하는 제품의 불량을 해결하기 위해서 개발한 것이 롤러머신이다. 그림 Ⅲ-9는 롤러머신의 사진이다.

 나) 롤러머신 성형

롤러머신은 회전대 위부분에 석고틀을 놓고 배토를 공급하는 것 등은 기계식 물레와 같으나 흙손 대신에 가열된 룰러를 사용하는 것이 다르다. 가열된 롤러를 사용하면 배토를 눌러서 성형 할 때 배토가 롤러 표면에 묻어나지 않는다.

룰러의 온도조정은 배토의 함수량 즉 수분함량 가소성과 등에 따라 묻어나지 않는 조건을 맞추어 조절한다. 함수량이 적은 배토는 성형을 고속으로 할 수 있을 뿐만 아니라 성형제품을 건조할 때 건조 수축이 작아지는 이점이 있다. 이것은 성형제품의 변형이 작아져서 제품생산 시에 생산 수율을 높이는 중요한 요인이 되며 건조 시간이 짧아 건조설비의 크기를 줄일 수 있다. 또한 사용하는 석고형의 수량을 줄일 수 있다.

성형공정은 배토의 공급, 석고형의 교환, 성형후의 성형제품의 건조 및 성형제품을 석고형으로부터 분리하는 공정으로 이루어진다. 요즈음은 위의 공정들이 자동화되어 국내의 도자기 회사들이 전자동 성형장비를 생산 공정에 설치하여 대량으로 제품을 생산을 하고 있다. 그림 Ⅲ-10 식기의 자동 성형장치는 식기의 자동 성형장치의 모습이다.

1) 롤러 머신의 내면 성형

 롤러머신 성형은 터보 즉 석고형을 장착하는 부분을 말하며 석고형과 롤러가 동일 방향으로 회전하고, 기계물레 성형방법과 기본적으로 같다. 기계물레 성형의 흙손(철판형)이 롤러로 발전된 것이다.

롤러는 흙손의 마멸이 작아서 일정한 규격의 형상을 대량으로 성형할 수 있다. 그러나 석고는 마멸되므로 한 개의 석고형으로 성형할 수 있는 수량은 모양에 따라 다르나 약 150개 정도이다.

성형하는 방법은 크게 두 종류로 나눈다. 첫 번째는 그림 Ⅲ-11는 내 성형법을 보여주며 속이 깊은 컵류와 같은 것은 오목한 석고형 안에 소지 토를 넣고 롤러헤드를 그 속에 넣어 성형하는 내면 성형법이다.

2) 롤러 머신의 외면 성형

두 번째는 그림 Ⅲ-12와 같이 외면 성형법은 접시 석고형 위에 토련한 배토를 올려놓고 위에서 롤러헤드로 가압하면서 성형하는 외면 형법이 있다.

<과제>  전동물레 성형

<사용재료>

배토(태토), 물

<기계 및 기구>

 전동물레, 물대야, 스펀지, 직경을 재는 치구, 대나무 칼, 물건 놓는 건조판, 얇은 고무판, 절단용 나일론실.

<관계지식>

 표 3-1  롤러머신의 회전 속도(rpm) 관계

품종별	터보회전 (rpm)	헤드회전 (rpm)	차 (rpm)
접시류	400～450	320～350	80～100
깊은 접시류	400	350～370	30～50
컵  류	1000	950～970	30～50

ëght="19.840px"것은 석고형을 올려놓는 터보와 롤러헤드의 회전 속도의 차이다. 원칙적으로 석고형을 올려놓는 터보의 회전 속도는 롤러헤드의 속도보다 빨라야 한다.

회전 속도의 차는 배토의 가소성과 성형할 제품의 모양과 크기에 따라 다르다. 국내에서 많이 이용되는 터보와 헤드의 회전 속도 관계를 품종별로 표 3-1에 나타냈다.

<안전 및 유의사항>

1. 배토의 경도, 이물질의 혼입 여부, 진공 상태 등을 확인하여야한다.

2. 배토를 절단할 때에는 손가락이 들어가지 않도록 주의해야 한다.

3. 배토를 손으로 여러 차례 반죽하여 작업하기 좋은 상태로 만든다.

4. 물레 성형에서의 남는 배토는 불순물이 섞이지 않도록  주의한다.

5. 배토를 재 사용할 때에는 최소한 3회 이상 진공 토련하여야 한다.

6. 건조된 여분토는 볼밀이나 고속교반기에서 교반하여 새로운 소지를 제조 할 때에 일정량씩 혼합하고 필터프레스하여 재 사용한다.

<실습순서>

1. 전동물레 작업 실습 순서

 가. 배토 정치

배토를 4～5kg정도의 량을 반죽하거나 진공 토련하여 배토를 원추 모양으로 만들어서 물레의 회전 정반 위에 가볍게 올려서 가급적 중심에 오도록 그림 Ⅲ-13과 같이 손으로 조정한다.

나. 원뿔 모양 다듬기

전 처리하여 준비된 배토를 회전정반 위에 올려놓고 그림 Ⅲ-8과 같이 양손의 손바닥으로 중심에 오도록 하고 모양을 원뿔모양으로 만들어 성형 준비를 한다.

다. 성형하기

표면에 물을 칠하면서 양손으로 중심에서 회전하도록 모양을 조절한다. 양손으로 아래쪽에서 위로 배토를 떠밀어 올린 다음 다시 아래쪽으로 되밀어 내린다. 배토를 이와 같은 방법으로 여러 차례 반복 작업을 한다.

이 작업을 한 후에 다시 한번 위쪽으로 조금 밀어 올린다. 밀어 올린 배토 위에서 왼손의 엄지를 중심에 깊게 밀어 넣고 엄지와 중지 사이에 배토가 남도록 한다. 왼쪽 옆으로 약간 당기면서 직경이 약10cm, 두께가 5mm정도의 그릇 모양을 만든다.

 양쪽 손바닥으로 바깥쪽에서 밀어서 위로 올린다. 오른손바닥을 그릇 모양의 안쪽에 넣고, 왼쪽의 손바닥은 바깥쪽에서 떠 바쳐서 그 사이에 배토가 5mm정도의 두께가 되도록 하면서 경사지게 위쪽으로 밀어 올려 그릇 형태를 만든다.

 바닥 부분은 바깥쪽에서 손가락으로 안쪽으로 눌러서 잘록하게 만들고, 대나무 칼로 그릇 아래쪽의 남는 배토를 절단하고 을 실로 자른다.

 절단된 남은 배토를 들어낸다. 성형제품을 양손으로 살짝 들어 올려서 건조판 위에 올려놓는다. 그림Ⅲ-14는 전동물레 성형 순서이다

2. 마무리 작업

 마무리 작업을 하려면 성형제품의 상태가 도기에서는 10～15%의 함수량을 가진 반 건조 상태에서 마무리 작업을 하도록 한다. 그러나 자기의 경우에서는 거의 건조된 상태로 마무리 작업을 한다. 마무리대를 물레의 회전정반 위에 정확하게 중심을 잡아서 고정시킨다. 고정시킬 때에는 물 또는 배토 등을 사용한다.

마무리대의 형상은 성형제품의 모양에 맞춘 것을 사용하도록 하며 깎을 제품은 마무리대의 위에 엎어서 중심을 잘 맞추어 올려놓는다.

제품 바닥의 굽면은 평탄하게 깎고, 다음으로 튀어나온 굽의 옆면 부분 을 위에서 아래로 깎아낸다.

마지막으로 굽의 두께를 마무리해 주기 위해서 해야 할 일은, 먼저 전체 높이에 대한 치수를 고려하여야 하며 뒤집어 놓은 상태에서 굽면이 평탄하게 되었는가를 살핀 후  안쪽 부분을 깎아 낸다. 그림 Ⅲ-15는 물레 성형제품 마무리 작업의 순서를 보여준다.

<과제3-2> 롤러머신의 성형

<사용재료>

배토, 물

<기계 및 기구>

롤러머신, 석고형, 배토절단기, 높이를 재는 치구, 회전속도계(타코메타),

노기스, 절삭 칼, 대나무 칼, 스펀지, 고무망치, 저울, 경도계, 일반공구

<관계지식>

반자동물레(기계물레)의 성형방법에 대한 실습은 롤러머신과 작업방법이 유사하므로 롤러머신 실습을 참고하기 바란다.            

<안전 및 유의사항>

1. 토련된 배토는 경도를 점검하고, 진공 상태와 이물질의 혼입 여부를 확인하여야  한다.

2. 배토를 절단할 때에는 손가락이 들어가지 않도록 주의해야 한다.

3. 배토를 절단할 때에는 중량이 일정하도록 배토의 길이를 잘 맞추어 절단 해야한다.

4. 사용하는 배토는 작업 시 건조되지 않도록 비닐 혹은 젖은 수건 등으로 덮어놓아야 한다.

5. 제품을 성형하고 제품 위에 남는 배토를 여분토라 하는데 불순물이 섞이지 않도록 주의한다.

6. 여분토를 재 사용할 때에는 최소한 3회 이상 진공토련하여야 한다.

7. 건조된 여분토는 볼밀이나 고속교반기에서 교반하여 새로운 소지의 제조 시에 일정량씩 혼합하여 필터프레스하여 재 사용한다.

8. 여분토를 재 사용할 때에는 많이 혼합하면 배토의 특성이 변하므로 적정량만 재 사용하여야 한다.

<실습순서>

1. 롤러머신에 의한 성형

가. 롤러머신에  헤드와 터보를 장착한다.

나. 다음 편심 여부를 확인하고 기계를 조정하여 헤드의 중심점과 기물의 중심점을 맞추고 확인한다.

다. 헤드와 터보의 회전수 조정하고, 헤드 온도를 기물이 붙지 않는 한 낮은 범위로 설정하여 조정한다.

라. 석고형의 건조상태를 확인하고 터보 접촉면과 제품 접촉면을 점검한다.

마. 석고형이 터보의 윗면보다 0.5-1mm 정도 높게 터보 상단의 우레탄 고무를 조절한 후 석고형을 올려놓는다.

바. 배토의 진공상태, 숙성기간, 경도(NGK경도계로 11-12정도)등을 확인하여야 한다. 배토의 크기는 제품의 굽의 지름에 가까운 것을 골라 사용하도록 하고 석고형에 넣는 배토의 무게는 제품의 무게보다 20%정도가 더 되도록 준비한다.

사. 접시류 성형은 배토의 중심과 석고형의 중심을 일치시키고 배토를 밀착시킨 석고형으로 한다. 컵류 성형은 먼저 석고형을 터보에 올려놓고 배토를 안에 넣어 성형한다.

아. 제품의 성형 상태를 확인하고 1차 건조기(온도 40-50℃) 선반 위에 성형된 제품을 석고형과 함께 올려놓고 건조시킨다.

자. 1차 건조기에서 건조하여 탈형한 반제품은 2차 건조기에서 완전 건조하고 갈라짐 불량 등을 육안으로 검사한 다음 정형 준비를 한다.

그림 Ⅲ-16은 롤러머신 성형작업을 나타낸 것이다. 이 작업에서는 사진에 나타나 있듯이 성형틀에 넣기 위한 적당한 양의 원료를 절단하는 것이 첫 번째 순서이다.

 절단된 원료를 성형틀에 넣어 자동 성형한 후 건조시킨 다음 건조된 성형체의 표면을 매끄럽게 잘 다듬는 정형 작업까지의 공정을 순서대로 나타낸 사진이다.

<보충학습>

1. 진공토련기의 기능을 설명하시오.

☞ 가소성 성형에서는 배토를 반드시 진공토련 과정을 거치게 되고, 토련한 배토는 제품성형에 직접 사용하게 된다.

진공토련기의 역할은 배토의 내부에 남아 있는 공기를 제거하여 기공을 없애고 배토를 골고루 섞어서 수분의 분포를 고르게 하고 점력을 증가시켜서 성형성을 높인다.

일반적으로 배토의 수분함량의 범위는 10～25%, 오-가의 회전속도는 20～120 rpm, 진공도는 93～99%(0.07-0.01 bar) 정도이다.

2. 진공토련기를 사용한 배토에서 발생할 수 있는 결점을 설명하시오.         

☞ 배토를 구성하고 있는 분체의 입자 즉 작은 흙가루의 형상이 편편한 판상이거나 바늘모양의 침상과 같이 방향성을 가지고 있을 경우가 있다.

진공토련기에서 배토를 밀어내는 것을 압출이라 하는데 압출 할 때에 압력의 방향에 따라서 배토의 내부의 입자들이 방향을 가지게된다. 이것은 제품을 성형하거나 소성할 때 수축을 하면서 방향성을 가지게되는 결점이 된다. 3. 진공토련기의 구조와 부품을 설명하시오.

4, 반자동 물레(기계 물레)에 대하여 설명하시오

☞ 반자동 물레는 기계식 물레를 말하며 접시의 뒷면을 성형하는 외흙손과 그릇 등의 내부를 성형하는 내흙손의 2종류가 있다.

접시성형 시에는 원반형의 배토를 석고틀의 위에 놓고, 그릇성형 시에는 원주 모양의 배토를 석고틀의 안에 넣고 위로부터 눌러서 성형한다.

일반적으로 기계식 물레라고 부르는 장치는 작업자가 석고형의 교환과 준비된 배토의 공급만 하면 흙손이 일정하게 주기적으로 올라가고 내려오며 물을 분무기로 살포하며 성형한다.

성형 후에 가장자리의 남는 배토를 끊어 내는 일 등을 자동으로 할 수 있도

록 기계식 물레를 만들어 사용하는데 이장치를 반자동 물레라 부른다.

그림 Ⅲ-18은 내흙손 물레의 도면을, 그림 Ⅲ-19는 외흙손 물레 외흙손 물레의 도면이다. 그림 Ⅲ-20는 내흙손 반자동물레로 접시를 성형하는 작업순서를 보여준다.

<심화학습>

1. 성형제품의 건조에 따른 불량 발생 관계

☞ 건조 공정에서의 불량은 소성에서도 불량으로 나타나므로 반드시 알아두어 야 한다. 성형제품을 건조할 때에 표면과 내부로부터 수분 증발과 확 산하는 속도가 다를 때 수축의 차가 생겨서 균열이 발생한다.

기계 물레 성형 중 가압할 때에 소지의 입자 사이에서 일어나는 입자의 미끄러짐과 배향성 즉 입자들이 같은 방향으로 정렬하는 것에 따라 수축의 차이가 생겨서 변형과 균열이 발생하기도 한다.

배토를 토련할 때의 기억 현상으로 인하여 변형 불량이 발생하기도 한다. 즉 토련할 때에 잘못된 배토를 사용하여 성형하면 성형 중에 성형제품이 변형되고 이것은 건조하기 전에 바로 잡아주어 도 건조후에 다시 변형이 생기며, 건조 중 변형된 것을 다듬질하여 모양을  바로잡아도 소성 후에는 다시 변형한다.

<읽을 거리 1. 타일(tile) 건재의 조형 디자인>

1. 타일의 의미와 기능

타일은 물건을 “덮는다, 둘러싸다”라는 의미로 그 특성이 내화, 내수성과 열, 약품, 온도 등의 작용에 잘 견딘다. 형상과 크기의 변화를 자유자재로 할 수 있으며 표면을 쉽게 세척할 수 있어 건축물의 유지 관리가 용이한 자연재료이다.

그의 색상과 패턴을 다양화시킬 수 있어 건축물의 마감재인 장식재료로서의 의미가 크다고 할 수 있다. 타일이 기술적 발전을 한 것은 서양의 종교적인 건축물의 건립에서 많이 볼 수 있다.

석재 건축이 많은 서양과 비교할 때 타일의 사용은 매우 늦어 현대에 들어서 시작되었다. 최근에는 서양식의 건축물이 고급화, 대형화되면서 타일의 다양한 의미가 적용되고 있는 셈이다..

ARTICLE  

도자기 성형

소결 세라믹 생산공정에서 생산하고자 하는 제품의 모양을 만들어 주는 것이 성형공정이다. 성형은 원료 즉 배토를 사용하여 세라믹 제품의 용도에 따라 소성 전에 일정한 모양과 치수의 제품을 만드는 것을 말한다.  따라서 이 단원에서는 여러 가지 성형 방법, 성형에 필요한 지식 알아보기로 한다. 또 성형실습도 해보자. 성형하고자 하는 제품의 모양에 따라 여러 가지 성형방법이 있으나 대개 아래와 같이 3가지로 구별한다. 

>> 물레 성형 <<

배토를 물레 위에 올려놓고 회전시킴으로써 둥근 모양의 기물을 성형하는 제조 공정에 관하여 알아보기로 한다.

가, 물레성형의 변천 과정.

나. 물레성형에 필요한 원료의 준비

다. 전동물레의 회전속도 조절, 배토의 정치와 성형 실습 .

라. 롤러머신에 의한 성형실습

>> 주입성형 <<

석고를 활용하여 석고형을 제작하고, 주입 니장(슬립)을 만들어 제품을 성형하는 방법에 대하여 알아보자.

가. 석고의 제조 방법에 따른 분류

나. 석고 원형의 제조에서부터 석고형의 제작 실습.

다. 주입 니장(슬립)의 제조 및 주입 성형 실습.

>> 압출 및 가압 성형 <<

압출 성형 및 유압프레스와 수압프레스를 다루어 기물을 제작하고, 자동성형에 의해 기물을 제조하는 공정방법을 알아보자.

가. 압출 성형의 원리와 문제점,

나. 유압 및 수압 기기의 원리,

다. 성형용 분말의 금형 내부 투입,

다. 프레스 기계의 운전, 조정, 보전

라. 가압 성형 조건에 따른 밀도분포

1. 물레 성형

<목표>

- 물레의 변천과정을 알고 물레의 종류와 성형의 기본 원리를 설명 할 수 있다.

- 진공토련기를 이용하여 물레성형 필요한 배토의 준비를 할 수 있다.

- 전동물레에 의한 성형을 할 수 있다.

- 롤러머신에 의한 성형을 할 수 있다 .