정밀가공의 중요성 부각
건축물에 가장 기본적으로 적용되는 창에서부터 다양한 유리제품, 거울에 이르기까지 일상 생활에서 유리는 쉽게 접할 수 있는 제품이다. 이렇듯 다양한 모양과 용도에 기능까지 완비한 유리의 적용은 점차 늘어나고 있으며 유리의 가공 중요성은 날로 높아지고 있다. 정확한 유리의 가공은 완제품으로서의 품질을 높이고 수명을 길게 해주며 유리가 가지고 있는 투명성을 바탕으로 한 장점을 최대한 살려줄 수 있는 기초적인 부분이다. 과거 유리는 적용되는 분야가 한정이 되어 있었고 단순히 자르고 끼우고 붙여서 적용을 했던 것에 반해 최근에는 유리의 사용 용도는 큰 폭으로 넓어지면서 단순가공을 벗어나 다양한 가공을 요구하고 있는 수준이다.

단창, 거울에 적용되던 유리가 이제는 건축용 복층유리, 강화유리, 접합유리와 실내외용 인테리어유리등 건축용 유리와 제품, 산업, 전자 등 다방면에서 쓰임새와 용도가 확대되면서 유리의 가공기술도 빠른 속도로 발전하고 있다. 흔히 유리가공이라 하면 복층유리나 강화유리, 접합유리를 비롯하여 창호 완제품등 완성된 제품에 대해 복층유리 및 강화유리, 접합유리등의 제작과정의 가공만을 많이 생각한다. 하지만 유리가공에 있어서 가장 기본적이고 중요한 가공은 최초의 생산된 판유리를 절단, 연삭, 연마의 과정을 거쳐 제품으로 적용이 될 수 있게끔 만드는 과정이다. 가장 기본적인 가공에서 완성품의 품질을 좌우하며 세밀하고 정밀한 가공을 통해 정확한 적용이 이뤄졌을 때 고품질을 유지할 수 있다.

정확한 개념 알고 가공 시작하는 것이 중요
가공을 알기 전에 우선 유리의 개념부터 파악하는 것이 중요하다. 유리는 초자라고도 한다. 일반적으로 용해된 액체를 냉각하면 일정한 온도에서 응고하여 결정으로 되지만 어떤 종류의 것은 냉각해도 응고, 결정화 되지 않고, 온도가 낮아짐에 따라 점차 점성이 증가하고, 나중에는 굳은 고형물이 된다. 이와 같이 된 비결정 고형물을 일반적으로 유리 상태에 있다고 하며, 특히 무기물로서 이와 같은 상태가 된 것을 유리라고 한다. 유리가 될 수 있는 무기물에는 여러 종류의 것이 있는데 셀렌, 황 등의 원소, 규소, 붕소, 게르마늄 등의 산화물이나 산화물 염류, 황화물, 셀렌화물, 할로겐화물이다.

종래에는 규산을 주체로 한 규산염유리가 대표적이었지만 현재는 붕산염 유리, 인산염 유리 등의 산화물 유리가 실용화되었으며, 황화물, 셀렌화물 등의 유리도 특수한 목적을 위해서 많이 연구되고 있다.
물질 구조상으로 보면 일정한 비유로 결합된 금속이나 비금속의 산화물이 열로 인하여 화학반응을 일으켜 원자가 불규칙한 망목상으로 연결된 물질을 말하는데 겉보기는 고체이지만 고체 특유의 결정구조를 가지지 않으며, 일정한 녹는점도 가지고 있지 않다.

이 때문에 유리를 아스팔트 등과 같은 무정형 물질로 보며 물성론적으로는 극단적으로 점도가 높은 액체(과냉각 액체)로 본다. 유리가 포함하고 있는 성분은 종류에 따라서 다르지만, 석영유리와 같은 특별한 것을 제외한 대부분의 유리는 유리 조직의 주체가 되는 망목형성(網目形成)의 물질과, 그것과 화학적으로 느슨하게 결합하여 유리에 특정한 성질, 즉 용해성·착색·투명도·화학내구성·전도성 등을 가지게 하는 보조물질을 포함하고 있다.

유리의 성질로는 각유리가 가지고 있는 뚜렷한 물성은 빛에 대한 투명도이며 따라서 원료의 순도가 문제된다. 원료에 포함되어 있는 철분이 유리의 투명도에 크게 영향을 미치는 요소가 된다. 특히 높은 투명도를 요하는 광학유리에서는 원료의 산화철 함유량이 매우 미량이어야 한다. 한편 유리는 취약하고 가열하면 일정한 녹는점을 보이지 않고 서서히 점성이 감소하여 액체 상태 이행하는 것이 특징이다. 상온에서 일반적인 유리는 질이 치밀하여 흡수성, 통기성, 통수성이 전혀 없다.


가공의 기초는 재료의 기능을 부여하고 부가가치 높이는 생산기술
유리의 특성 파악과 더불어 가공의 기초를 잡고 어떻게 가공을 할지 가공 방향을 잡아나가야 한다.
가공(processing)이란, 원자재나 반제품을 인공적으로 처리하여 새로운 제품을 만들거나 제품의 지을 높이는 일련의 과정을 말한다. 예를 들어 쇠붙이를 가공하여 못이나 나사를 만들어 원래 재료보다 효용 가치를 높이는 일련의 과정을 가공이라고 한다. 즉, 가공 기술은 재료의 기능 부여 및 부가 가치를 높이는 생산 기술이라고 볼 수 있다.
재료는 순수한 금속 재료(metalic material)와 비금속 재료(nonmeteallic material) 그리고 금속과 비금속 재료의 장점을 조합한 복합재료(compsite material)로 나뉜다.

재료는 각각의 특성, 용도, 장점, 한계 등을 가지고 있다. 따라서, 부품마다 요구되는 성질을 만족하기 위해서 가장 적절한 재료를 선택하여야 한다. 유리는 비금속 무기재료로서 맞춤형 가공재료 및 기술이 필요하고 건축용 유리는 일반적으로 생산된 판유리를 자르고 깎고 끼우는 기초적인 가공 작업을 통해 새로운 제품으로 변화하는 과정을 거쳐야 한다. 이렇듯 재료를 선택했으며 재료에 맞는 최적의 가공방법을 찾아야 한다.

판유리 가공의 우선적인 가장 기본은 절단
유리의 절단은 최초 원판유리 상태의 제품을 적용하는 용도에 맞게 유리를 잘라주는 가공으로 가공의 가장 기본이 되며 중요한 부분이다. 유리의 절단 방법으로는 기계적으로 절단하는 방법과 화염으로 절단하는 방법이 있다. 기계적 절단에는 일반 세라믹스와 같이 유리가 인장 응력에 약하다는 특성을 이용한 것으로 먼저 표면에 흠을 내고 반대쪽에서 힘을 가해 흠이 있는 부위에 인장응력을 발생시켜 절단 하는 것이다. 흠을 내는 방법에는 철 막대 끝에 다이아몬드를 붙여 만든 유리 절단기를 이용한다. 일반적인 유리칼과 함께 다양한 용도의 커터들이 유리 절단부위에 따라 적용된다. 그리고 면적이 넓은 판유리를 절단할 경우에는 초경 롤러를 사용하여 흠을 내고 역시 뒤에서 힘을 주어 절단한다. 이때 흠을 내는 부위에 등유를 뿌려주면 자른면이 깨끗하고 공구의 수명도 연장시켜 준다.

이 외에도 유리의 절단에 다이아몬드 톱도 사용하는데 톱은 황동 등 원형 금속판 끝에 다이아몬드 분말을 금속, 레진 또는 유리 프릿트를 이용하여 접착하여 만든다. 한 번에 여러 개를 절단을 할 때는 텅스텐선 등을 이용하는데 이때는 철선으로 가공물에 압력을 가하면서 문질러 주고 SiC, Al2O3 분말을 물에 섞어 슬러리를 만들어 옆에서 주입한다. 그리고 연마분말을 노즐을 통하여 높은 압력으로 쏘아주어 흠을 내는 방법도 사용한다.

유리에 구멍을 낼 때는 일반 금속 가공과 같이 각종 송곳을 사용하며 송곳의 끝에 다이아몬드, 기타 지립 분말을 코팅하여 만든다. 유리가 취성을 갖고 있고 열 충격에 약하므로 송곳 회전 속도를 적당하게 맞추어야 한다. 공구를 진동시켜 구멍을 뚫는 초음파 가공도 있다. 이 경우 가공 속도는 느리지만 가공 시 걸리는 응력도 적고 가공 표면 거칠기도 고와서 정밀 가공에 많이 응용한다. 또 다른 구멍 뚫기로는 열간 펀치법이 있다.

즉 유리를 부분적으로 가열 연화시켜 내열 경질 금속으로 만들어진 펀치로 구멍을 낸다. 보통 구멍을 낸 후 곧바로 다른 유리나 금속을 봉착하는 경우가 많다. 유리에 구멍을 내는 것은 흔히 천공이라 하며 가장 기본적인 방법이 천공기를 이용하여 유리의 구멍을 내는 것으로 용도에 맞게 수평형, 수직형 천공기를 적용한다. 기본적인 천공기 이외에도 레이저, 워터젯, CNC 설비등을 이용한 정밀 천공등도 가공에 많이 적용되고 있다.

일반적으로 건축용 판유리 가공에 있어서 절단은 기계적으로 유리를 잘라주는 작업이 중심이다. 유리의 특성상 정확한 절단이 이뤄지지 않았을 때 절단면은 불균일하고 거칠게 잘릴 수 있다. 2차가공에 가장 기본 단계가 절단이기 때문에 절단파트에서 오차 없이 깨끗이 절단 했을 때 다음으로 면가공과 복층 및 강화 가공에 있어 정확한 가공으로 연결될 수 있다. 절단을 잘 못 했을 시에는 사이즈의 오차가 생길 수 있으며 절단부분에 크랙이 갈 수 있어 완제품에서도 불량으로 이어질 수 있어 절단의 중요성은 항상 강조되고 있다.

가장 기본적인 유리칼과 T커터를 이용하여 손으로 절단을 하는 것이 보편적인 방법이지만 이는 작업속도의 저하와 정확성을 요구하는 제품에서의 오차가 생길 수 있어 가공 업체들은 정확하고 빠른 자동재단기를 적용하여 재단의 품질을 높이고 있다. 특히 최근에는 건축용 판유리의 대형화와 고기능성화가 급속히 증가하는 추세에서 두껍고 큰 유리의 정확한 절단을 위해서는 반드시 자동재단기가 필요하다.

유리 면을 깨끗하게 가공하는 연삭과 연마
유리의 4면을 가공하는 방법을 연삭(grinding)과 연마(polishing)라고 표현한다. 크게 합쳐서 연마가공 작업이라고도 하며 연삭은 거친연마, 연마는 미세연마로 표현하기도 한다.
연삭은 숫돌을 고속으로 회전시켜 피절삭물 표면을 미세한 가루로 제거하는 정밀 마무리 법을 말한다. 마무리 면의 거칠기는 보통, 최대 높이 3㎛정도 이하이지만 입도가 미세한 숫돌을 사용하면 최대 높이 0.1~0.3㎛의 경면 마무리를 할 수 있다. 연마는 고체의 표면을 다른 고체의 모서리나 표면으로 문질러 매끈하게 하는 것이며 연마재를 사용해 연마의 효율을 높일 수 있다. 연마는 뜻이 광범위하여, 연마숫돌에 의한 연삭(硏削)도 이에 포함하기도 한다.

이 경우, 연마된 면이나 연마 부스러기도 본래의 재질조직이 그대로 남아 있다. 본래의 조직이 그대로 남지 않고, 망그러지는 경우에는 이것을 탁마(琢磨)라고 한다. 유리면의 연마작업은 이에 속한다. 탁마작업용 기계로는 래핑머신·호닝머신 등이 있다. 표면을 문질렀을 때, 연삭도 아니고 탁마도 아닌 경우가 있는데, 이것을 연마라고 할 때도 있다. 따라서 연마라고 했을 경우에는 연삭·탁마·연마를 포함해서 말할 때와 좁은 뜻의 연마를 말할 때가 있다.

2개의 면을 비벼 댈 때, 어느 쪽이 먼저 평평해지는가 하는 문제는 비벼 대는 물질의 굳기가 아니고 녹는점이 낮은 쪽이 먼저 평활해진다. 연마할 때에는 2개의 면 사이에 산화철·산화크롬·산화알루미늄·탄화규소·산화망가니즈 등의 가루를 물에 섞어 개재(介在)시켜서 연마작업의 능률을 올리는 것이 보통이다. 이 개재물을 연마재라고 한다. 또 전해연마라는 방법도 있는데, 이것은 전기도금과는 반대로 전기분해로 금속 표면을 매끈하게 하는 방법이다. 표면을 매끄럽게 하는 결과는 연마와 같지만, 그 기구는 전혀 다르다.

이렇듯 유리의 연마가공 작업은 거친 연마(grinding)와 미세연마(polishing)으로 나눌 수 있다. 후자를 거울 연마라고도 한다. 유리판에 다이아몬드, 용융 알루미늄이나, 규석, 가넷등 연마용 분말을 물과 섞어서 그 위에 회전판을 올려놓고 회전시켜 유리표면의 요철을 제거한다. 연마용 분말을 크기가 큰 것부터 작은 것으로 바꾸면서 요철을 줄여나간다. 끝마무리로 미세 연마를 할 경우에는 0.03-0.3nm 정도의 Fe2O3, CeO2, ZrO2, Al2O3등 분말을 연마용 분말로 사용한다.

유리표면에 요철을 제거하는 방법에는 화학연마(chemical polishing) 방법도 있다. 유리를 쉽게 부식시키는 플루오르산 용액에 연마제를 섞어 유리에 뿌리고 기계적 연마를 하면 유리의 부식과 함께 연마의 작용이 이루어지므로 매우 효과적이다. 그리고 이러한 플루오르산 용액을 유리표면에 부으면 유리표면의 무광택성을 증진시킬 수 있다. 이러한 무광택 유리는 컴퓨터 모니터, 절연유리, 계량기, 커버유리, 형광등 또는 백열등 전구의 광택을 없애는데 이용된다. 일반적으로 판유리에서 연삭과 연마는 면작업이라하며 면취기나 각면기등을 통해 면을 가공한다. 면가공에 있어 각각의 용도에 맞게 휠을 적용하고 거친연마나 미세연마에 맞게 작업을 진행해야 한다. 면부분을 매끄럽게 하면서 광까지 낼 수 있는 작업을 통해 거친 유리면이 깨끗하게 가공을 이룰 수 있다.

유리가공에서 정밀가공의 필요성 증대
일반적인 유리가공인 절단, 천공, 연삭, 연마는 유리가공에 있어 가장 기초적인 가공이며 가공공장들은 용도에 맞게끔 절단칼, 다이아몬드 휠등을 적용하여 가공을 진행한다.
하지만, 최근 건축용 판유리 시장도 급격한 변화를 맞이하고 있다. 과거 한정적인 판유리의 적용이 지금은 다양한 용도의 적용으로 확대되고 있다. 건축물의 안전은 점차 높아지고 있으며 일반적인 기능과 함께 미적감각까지 고려하여 외장을 유리로만 적용하기도 하고 인테리어 공간에 유리의 투명성과 다양한 색감을 연출할 수 있는 인테리어용 유리의 적용은 큰 폭으로 늘고 있다.

이 외에도 계단, 난간, 벽면, 바닥, 천, 창 등 유리소재의 선호도는 상당히 높아지고 있다. 이에 따라 적용되는 유리의 종류도 많아지면서 가공의 중요성은 날로 높아지고 있다. 특히 유리의 적용이 많아지면서 이형, 따내기, 홀가공 등 까다로운 가공이 늘어나고 있으며 유리도 두껍고 큰 대형 후판유리의 적용은 확대되고 있다. 이에 가공도 보다 정밀하고 정확한 가공을 요구하게 된다. 과거 유리를 틀에 끼워서만 공급되던 것이 이제는 유리끼리 연결되고 적용되기 때문에 유리자체 면이 사람들에 더 많이 노출되고 그 만큼 깨끗하고 오차 없는 정확한 가공은 반드시 필요하다.

CNC기술을 통한 정밀한 유리가공 및 대형유리의 정밀가공 필요
CNC 기술이란 Computerized Numerical Control의 약자로 컴퓨터 수치 제어 장치를 일컫는다. 컴퓨터의 편리함과 수치제어의 정확성을 결합 시킨 제품이라고 할 수 있다. 컴퓨터등과 같은 자동화 장치를 사용하여 선반 절삭기등과 각종 공작기계를 정밀하게 제어하는 장치이다. 기계 전체나 일부의 위치, 거리, 각도 속도 등 가공 수치데이터를 제어해줌으로서 프로그램된 가공데이터에 의해 공작기계의 동작을 제어 대상물을 절삭, 연마의 방법으로 형상을 만들어 내는 CNC 선반, CNC 연삭기, CNC 머시닝센터 등 기계에 있어서 핵심두뇌이다.

과거 우리나라 정밀가공 분야인 CNC기술이 약해서 주요부품들을 일본에서 수입해와 적용했었다. 하지만 현재는 정부에서 자본재 산업 육성정책으로 추진하는 국책사업인 중기거점과제(차세대 CNC 개발)를 선정, CNC장비 개발 사업을 지원하고 있다. 가공의 NC(NUMERICAL CONTROL : 수치제어)화가 진행되면서 연삭가공의 고속화가 추진되었으며 다이아몬드 휠의 개발을 통해 유리연삭의 기본이 되고 있다. 고정밀 CNC 다이아몬드 공구 연삭기는 2축 제어의 시스템을 통해 자동측정과 자동보정을 일체화하고 다이아몬드 공구를 목표로하는 치수, 정도에 도달할 때까지 전자동으로 연삭할 수 있게 해준다.

CNC를 통해 정밀가공이 가능해지고 있으며 인력자원을 효율적으로 쓸 수 있으며 안정적인 품질을 확보할 수 있는 계기가 되고 있다. 특히 최근 CNC설비는 PC와 연동하여 활용할 수 있는 PC-NC의 기술도 접목시켜 작업자들이 수치만 정확하게 입력하면 정밀한 가공이 가능하다. PC와 연계는 다양한 케드등의 프로그램과 연동하여 직선가공은 물론 곡선에 다양한 이형 가공에 탁월한 정밀도를 유지할 수 있다. 소비자들이 원하는 모양을 주문받아 네모, 세모, 별, 동그라미 모양에 이르기까지 다양한 형태의 제작이 가능하다.

CNC를 이용한 정밀가공과 더불어 최근에는 건축물이 대형화 되면서 대형 후판의 두꺼운 유리 가공에도 정밀가공은 반드시 필요하다. 대형유리 가공에 있어 가공중 밀림현상이 없어야 하며 오차 없는 절단 및 면가공이 이뤄져야 한다. 이를 위해 직선 공차 뿐만 아니라 대각 공차까지 계산하여 한치의 오차 없이 정확히 맞는 가공은 반드시 필요하다. 이렇듯 건축용 판유리 가공 시장에서 CNC 가공의 필요성은 점차 증가되고 있다. 정밀가공은 이제 더 이상 디스플레이, 산업, 가전용 유리가공의 전유물이 아니다.

품질을 높이기 위한 정밀가공 자동화 시스템 필수
에너지 절약 중심의 정책과 맞물려 판유리 산업도 고기능성 로이유리 활성화와 다양한 기능성 코팅유리의 적용확대, 안전을 위한 강화유리 및 접합유리, 방화유리 시장 상승 등 고기능 고부가가치 시장은 늘어나고 있다. 건축용 내외부적으로 적용되는 유리도 외적 미관을 충족시킬 수 있는 다양한 유리의 적용은 늘어나고 대형유리의 적용 또한 큰 폭으로 늘고 있다. 판유리 시장도 이제는 지체되고 있는 양적성장에서 질적 성장으로 방향을 바꾸고 있으며 그 중심에는 가장 기초적인 판유리 가공에서의 고품질 가공이 선행되어야 한다.

면가공과 홀가공, 절단의 유리가공에서의 정밀가공인 CNC 기술의 가공이 더욱 필요하며 CNC설비를 바탕으로 자동화 생산시스템의 구축은 효율적인 생산시스템 구성의 근간이 되며 보다 경쟁력 있는 가공 기반의 확충일 것이다. 차별화 된 가공을 통해 경쟁력을 높이고 품질로서 소비자들에게 어필 할 수 있는 마인드의 형성이 중요할 때이다.