Ever since its invention fifty years ago, the dental high-speed air turbine handpiece has been widely used in dentistry. The dental high-speed air turbine handpiece is currently used as the main means of cutting tooth structure and restorative materials in a wide range of dental operation. The study about the dental high-speed air turbine handpiece has been done in advanced countries such as Germany, Japan, and United States, etc., and the progress of its technology also has been rapidly increased. Comparing to the study and research in advanced countries, the research of the dental high-speed air turbine handpiece ...
ABSTRACT
Ever since its invention fifty years ago, the dental high-speed air turbine handpiece has been widely used in dentistry. The dental high-speed air turbine handpiece is currently used as the main means of cutting tooth structure and restorative materials in a wide range of dental operation. The study about the dental high-speed air turbine handpiece has been done in advanced countries such as Germany, Japan, and United States, etc., and the progress of its technology also has been rapidly increased. Comparing to the study and research in advanced countries, the research of the dental high-speed air turbine handpiece in Korea, particularly the one conducted by (주)Vatech are relatively poor. The supply of the dental high-speed air turbine handpiece in Korea up to this day is depends on import. With the current circumstance and its challenging market, an advanced research and development for the dental high-speed air turbine handpiece is an absolute necessity. In general, the dental high-speed air turbine handpiece has a speed between 250,000 to 400,000 Revolutions per Minute (RPM). The rotation of the air-turbine is enabled by using more than 3bar high-pressure air works on bucket part of the turbine. The energy produced by the rotating turbine generates the number of ratations and torque which are used for tooth cutting process. An essential part of study on the current available dental high-speed air turbine handpiece is the design of shaft to get a maximum rotative velocity, friction resistance, and endurance of the bearing supporting the turbine. Another promising research area is the design of supply route in the body part of the handpiece where the high-pressure gas is flew in. In this paper, I am analyzing the turbine's feature of movement in proportion to the changes of the supply route located at the inner body of the handpiece to develop the dental high-speed air turbine handpiece. On the basis of this analysis, I design the shape of the supply route in order to materialize the optimal speed of rotation. I used the FineTM/Turbo method, one of the features of Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, for the analysis of the fluid in the head part. Using the position and information of the connecting path located between supply route and head part, I analyze the result from CFD to suggest the optimal shape of supply route.치과용 고속 에어터빈 핸드피스는 치아를 절삭하는 도구로서 최초로 소개된 이후 지난 50여년 동안 소개된 이후로 치의학 분야에서 가장 폭넓게 사용되고 있는 치과용 의료장비이다. 이러한 핸드피스에 관한 연구는 독일, 일본 그리고 미국과 같은 선진국을 중심으로 진행되어 왔으며, 국내적으로는 최근 (주)바텍&이우와 같은 업체에서 활발한 연구 및 개발을 수행하고 있으나 선진국 대비 기술적 수준에는 매우 저조한 실정이며 전량 수입에 의존하고 있다. 치과용 고속 에어터빈 핸드피스는 치과 시술에 가장 많이 사용량이 많은 필수 장비로서 그 시장성을 감안할 때 이에 관한 기술적 축적이 반드시 수행되어야 할 필요성이 있다. 치과용 고속 에어터빈 핸드피스의 동작범위는 일반적으로 250,000RPM에서 400,000RPM (Revolutions Per Minute) 정도이며, 3Bar 이상의 고압 공기가 공급관로를 통해 터빈의 Bucket부분에 힘을 작용하여 에어터빈을 회전시키며 그 에너지에 의해 회전하는 에어터빈이 핸드피스의 에어터빈 회전축을 구동하여 치아 절삭에 필요한 회전수와 토크를 발생시키는 구조로 되어 있다. 핸드피스 에어터빈의 고속 회전 구현을 위해서는 최대 회전 속도를 얻기 위한 에어터빈 형상설계, 터빈을 지지하는 샤프트의 설계 및 내구성, 터빈과 샤프트를 지지하는 베어링의 마찰력 및 내구성 등에 관한 연구가 핵심적으로 수행되어야 하며, 동시에 고압의 공기가 유입되는 바디부 내의 공급관로 형상 설계에 관한 연구도 매우 중요하다. 본 논문에서는 치과용 고속 에어터빈 핸드피스 개발을 위하여 핸드피스 body부 내의 공급관로 형상 변화에 따른 터빈의 운동특성을 해석하고 이를 토대로 최대 회전 속도를 구현하기 위한 최적의 공급관로 형상을 설계 및 분석하고자 한다. 이를 위하여 CFD( Computational Fluid Dynamics )프로그램 중의 하나인 Fine tm/Turbo를 이용하여 다양한 공급관로 형상에 대한 핸드피스 헤드부 내의 유동을 해석 및 분석한다. 공급관로와 헤드부 사이의 연결통로의 형태 및 위치에 따른 전산유동해석 보이고 최적의 공급관로 형상을 제안한다.
ABSTRACT
Ever since its invention fifty years ago, the dental high-speed air turbine handpiece has been widely used in dentistry. The dental high-speed air turbine handpiece is currently used as the main means of cutting tooth structure and restorative materials in a wide range of dental operation. The study about the dental high-speed air turbine handpiece has been done in advanced countries such as Germany, Japan, and United States, etc., and the progress of its technology also has been rapidly increased. Comparing to the study and research in advanced countries, the research of the dental high-speed air turbine handpiece in Korea, particularly the one conducted by (주)Vatech are relatively poor. The supply of the dental high-speed air turbine handpiece in Korea up to this day is depends on import. With the current circumstance and its challenging market, an advanced research and development for the dental high-speed air turbine handpiece is an absolute necessity. In general, the dental high-speed air turbine handpiece has a speed between 250,000 to 400,000 Revolutions per Minute (RPM). The rotation of the air-turbine is enabled by using more than 3bar high-pressure air works on bucket part of the turbine. The energy produced by the rotating turbine generates the number of ratations and torque which are used for tooth cutting process. An essential part of study on the current available dental high-speed air turbine handpiece is the design of shaft to get a maximum rotative velocity, friction resistance, and endurance of the bearing supporting the turbine. Another promising research area is the design of supply route in the body part of the handpiece where the high-pressure gas is flew in. In this paper, I am analyzing the turbine's feature of movement in proportion to the changes of the supply route located at the inner body of the handpiece to develop the dental high-speed air turbine handpiece. On the basis of this analysis, I design the shape of the supply route in order to materialize the optimal speed of rotation. I used the FineTM/Turbo method, one of the features of Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, for the analysis of the fluid in the head part. Using the position and information of the connecting path located between supply route and head part, I analyze the result from CFD to suggest the optimal shape of supply route.치과용 고속 에어터빈 핸드피스는 치아를 절삭하는 도구로서 최초로 소개된 이후 지난 50여년 동안 소개된 이후로 치의학 분야에서 가장 폭넓게 사용되고 있는 치과용 의료장비이다. 이러한 핸드피스에 관한 연구는 독일, 일본 그리고 미국과 같은 선진국을 중심으로 진행되어 왔으며, 국내적으로는 최근 (주)바텍&이우와 같은 업체에서 활발한 연구 및 개발을 수행하고 있으나 선진국 대비 기술적 수준에는 매우 저조한 실정이며 전량 수입에 의존하고 있다. 치과용 고속 에어터빈 핸드피스는 치과 시술에 가장 많이 사용량이 많은 필수 장비로서 그 시장성을 감안할 때 이에 관한 기술적 축적이 반드시 수행되어야 할 필요성이 있다. 치과용 고속 에어터빈 핸드피스의 동작범위는 일반적으로 250,000RPM에서 400,000RPM (Revolutions Per Minute) 정도이며, 3Bar 이상의 고압 공기가 공급관로를 통해 터빈의 Bucket부분에 힘을 작용하여 에어터빈을 회전시키며 그 에너지에 의해 회전하는 에어터빈이 핸드피스의 에어터빈 회전축을 구동하여 치아 절삭에 필요한 회전수와 토크를 발생시키는 구조로 되어 있다. 핸드피스 에어터빈의 고속 회전 구현을 위해서는 최대 회전 속도를 얻기 위한 에어터빈 형상설계, 터빈을 지지하는 샤프트의 설계 및 내구성, 터빈과 샤프트를 지지하는 베어링의 마찰력 및 내구성 등에 관한 연구가 핵심적으로 수행되어야 하며, 동시에 고압의 공기가 유입되는 바디부 내의 공급관로 형상 설계에 관한 연구도 매우 중요하다. 본 논문에서는 치과용 고속 에어터빈 핸드피스 개발을 위하여 핸드피스 body부 내의 공급관로 형상 변화에 따른 터빈의 운동특성을 해석하고 이를 토대로 최대 회전 속도를 구현하기 위한 최적의 공급관로 형상을 설계 및 분석하고자 한다. 이를 위하여 CFD( Computational Fluid Dynamics )프로그램 중의 하나인 Fine tm/Turbo를 이용하여 다양한 공급관로 형상에 대한 핸드피스 헤드부 내의 유동을 해석 및 분석한다. 공급관로와 헤드부 사이의 연결통로의 형태 및 위치에 따른 전산유동해석 보이고 최적의 공급관로 형상을 제안한다.
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