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문제 정의
- 2mol yttria stabilized zirconia)는 저온열화특성에 안전하다는 연구결과를 발표하였다.[4] 따라서 본 연구에서는 저온열화특성에 안정한 Skull Melted 3.2YSZ를 이용하여 임플란트 시술용 드릴로 제작하였으며, 제작된 드릴이 치과 임플란트 시술에 적용이 가능한지 확인하기 위해 기존 SUS4240J 드릴과 가공특성을 비교․고찰 하였다.
제안 방법
- 앞선 연구사례를 보면 식염수를 공급하면서 수행한 드릴링 작업시 절삭온도가 43℃이상 되면 골조직이 괴사한다고 알려져 있다.[6] 따라서 본 드릴가공실험에서는 건식 드릴링 가공시 발생하는 절삭온도 측정하여 서로 다른 소재로 제작된 드릴의 특성을 비교하였다. 절삭온도 측정은 열화상카메라를 통해 건식 가공시 배출되는 칩 온도를 측정하고 평균값을 산출하였다.
- 임플란트 시술용 드릴 가공실험에 있어서 가공오차를 줄이고자 드릴가공전에 센터작업을 수행하였다. 드릴 가공시 발생하는 절삭온도 측정은 드릴에서 배출되는 칩(Chip)의 온도를 측정하여 각 조건별로 평균값을 적용하였다.
- Table 3은 본 실험에 사용된 실험조건을 나타낸다. 드릴가공실험의 가공조건은 임플란트 시술에 적용되고 있는 조건으로 설정하였으며, Spindle speed 800, 1,000, 1,200rpm, Feed 60, 80, 100mm/min, Depth of cut 10mm로 설정하여 건식(Dry)가공을 진행하였다. 임플란트 시술용 드릴 가공실험에 있어서 가공오차를 줄이고자 드릴가공전에 센터작업을 수행하였다.
- 따라서 본 연구에서는 가장 큰 절삭동력을 필요로 하는 Initial twist drill을 Skull Melted 3.2YSZ를 이용해 제작하여 가공특성을 비교 · 분석 하였다.
- 본 연구에서는 동일 형상으로 제작된 Skull Melted 3.2YSZ 드릴과 SUS420J 드릴의 가공특성을 비교 · 고찰 하였으며, 본 가공실험 범위 내에서 아래와 같은 결론을 얻게 되었다.
- 드릴가공실험의 가공조건은 임플란트 시술에 적용되고 있는 조건으로 설정하였으며, Spindle speed 800, 1,000, 1,200rpm, Feed 60, 80, 100mm/min, Depth of cut 10mm로 설정하여 건식(Dry)가공을 진행하였다. 임플란트 시술용 드릴 가공실험에 있어서 가공오차를 줄이고자 드릴가공전에 센터작업을 수행하였다. 드릴 가공시 발생하는 절삭온도 측정은 드릴에서 배출되는 칩(Chip)의 온도를 측정하여 각 조건별로 평균값을 적용하였다.
대상 데이터
- 드릴 가공실험에 사용된 피삭재는 치밀골(Cort ical bone)과 유사한 물성을 가지도록 제작된 폴리 우레탄 폼(Poly urethane foam, Saw-bone)을 사용하였다. Table 2는 폴리우레탄 폼의 물성을 나타낸다
- 3은 본 드릴가공실에 사용된 머시닝센터와 측정장치가 Set-up된 형상을 나타낸다. 본 드릴가공 실험은 CNC 머시닝센터(Model : DOOSAN VN450)를 사용하였으며, 가공시 발생되는 Thrust force를 측정하기 위해 머신 테이블에 압전형 공구동력계 (Kistler 9254B)를 설치하고 공구동력계 위에 시험 편을 고정하여 실험을 수행하였다. 가공시 발생되는 절삭온도를 측정하기위해 열화상카메라(Model : FLIR A310)를 머시닝센터 정면에 설치하였다.
- 제작된 Initial twist drill은 현재 시술에 사용되고 있는 SUS420J 드릴과 동일한 형상으로 제작하였으며, 제작된 드릴은ø2.2mm, Helix angle 15°, Point angle 90°의 형상을 가진다.
데이터처리
- [6] 따라서 본 드릴가공실험에서는 건식 드릴링 가공시 발생하는 절삭온도 측정하여 서로 다른 소재로 제작된 드릴의 특성을 비교하였다. 절삭온도 측정은 열화상카메라를 통해 건식 가공시 배출되는 칩 온도를 측정하고 평균값을 산출하였다.
성능/효과
- 1. 가공조건에 따라 나타난 SUS420J 드릴과 Skull Melted 3.2YSZ 드릴의 추력은 대부분 유사하게 나타났다.
- 2. 단위시간당 재료를 제거하는 재료제거율이 증가 또는 감소함에 따라 추력이 변화됨을 확인하였다
- 3. 절삭온도에 있어서 SUS420J 드릴이 Skull Melted 3.2YSZ 드릴 보다 낮게 나타났다.
- 2YSZ 드릴이 SUS420J 드릴 보다 높게 나타났다. SUS420J 드릴과 Skull Melted 3.2YSZ 드릴의 절삭온도 차이는 최소 1.1℃에서 최대 7.7℃로 나타났다. 이러한 원인은 서로 다른 두 소재가 가지는 열전도도의 차이라 판단된다.
- 이러한 경향의 원인 또한 이송속도의 증가는 절삭전 칩 두께의 증가로 이어지며 결과적으로 단위시간당 재료를 제거하는 제거율이 증가되기 때문이라 판단된다. 모든 조건에서 Skull Melted 3.2YSZ는 기존 SUS420J드릴과 유사한 추력이 나타났으며, 본 가공실험 조건 내에서 Skull Melted 3.2YSZ 드릴의 파손은 발생되지 않았다.
- 이러한 경향의 원인은 스핀들 회전수가 증가됨에 따라 드릴 1회전당 가공하는 재료 제거율이 감소하기 때문이라 판단된다. 스핀들 회전수에 따른 추력을 비교한 결과 Skull Melted 3.2YSZ 드릴은 SUS4240J 드릴과 유사한 추력이 나타남을 확인할 수 있었다.
- 2YSZ 드릴의 추력(Thrust force)를 나타낸다. 실험에 사용된 SUS420J 드릴과 Skull Melted 3.2YSZ 드릴은 스핀들 회전수가 800rpm에서 1,200rpm으로 증가됨에 따라 추력이 감소하는 경향이 나타났다. 이러한 경향의 원인은 스핀들 회전수가 증가됨에 따라 드릴 1회전당 가공하는 재료 제거율이 감소하기 때문이라 판단된다.
- 9는 Feed 속도에 따른 추력을 나타낸다. 전체적으로 Feed 속도가 증가됨에 따라 추력이 증가하는 경향이 나타났다. 이러한 경향의 원인 또한 이송속도의 증가는 절삭전 칩 두께의 증가로 이어지며 결과적으로 단위시간당 재료를 제거하는 제거율이 증가되기 때문이라 판단된다.
- 10은 각 가공조건에 따라 측정된 절삭온도를 나타낸다. 전체적으로 절삭온도는 Skull Melted 3.2YSZ 드릴이 SUS420J 드릴 보다 높게 나타났다. SUS420J 드릴과 Skull Melted 3.
후속연구
- 4. 본 가공실험을 통해 향후 Skull Melted 3.2YSZ 드릴은 금속 알러지 민감환자 시술에 적용이 가능하리라 판단된다.
- 5. Skull Melted 3.2YSZ 드릴이 가지는 강성분석을 위한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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