초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
- “Magnetic abrasive finishing을 이용한 생체 인공관절 다축·다면 초초정밀 가공 시스템 개발”
- 개발하는 “초초정밀 가공시스템”은 생체 인공관절의 표면거칠기 향상 (기존 47nm->10~30nm), 진원도 편차 감소 (기존 490~1360nm->250~400nm), 가공시간 단축 (30분->5~10분), 표면의 클리닝 효과의 구현을 목표로 하였음

◼ 전체 내용
◆ 1차년도 연구개발 내용 (연구기간: 9개월)
- 1차년도의 연구개

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
- “Magnetic abrasive finishing을 이용한 생체 인공관절 다축·다면 초초정밀 가공 시스템 개발”
- 개발하는 “초초정밀 가공시스템”은 생체 인공관절의 표면거칠기 향상 (기존 47nm->10~30nm), 진원도 편차 감소 (기존 490~1360nm->250~400nm), 가공시간 단축 (30분->5~10분), 표면의 클리닝 효과의 구현을 목표로 하였음

◼ 전체 내용
◆ 1차년도 연구개발 내용 (연구기간: 9개월)
- 1차년도의 연구개발목표는 “의료용 인공관절에 대해 초초정밀 표면가공을 하기 위한 다축·다면 초초정밀 가공 시스템”을 개발하고자하는 것임
ㅇ 자기연마 초초정밀가공/클리닝 시스템 설계 및 제작 완료:
- 구형체 공작물에 관련 진동 및 회전시스템 구축 완료
- 가공부에 대한 x축, ｚ축의 상호 회전시스템 구축 완료
- 가공부 재료 선정 및 제작 완료
- 구형체 공작물의 체결부 구축 완료
- 초정밀 가공시스템 가공성능 검증을 하기 위한 구형체 공작물에 대해 기초실험을 수행하였음

◆ 2차년도 연구개발 내용 (연구기간: 12개월)
- 2차년도의 연구개발 목표는 “다면 구형체 난삭 재료의 친환경 초초 정밀 가공기술”을 개발한 것이며, 따라서 친환경 초초정밀 가공기술을 개발하였고, 이를 통해 1차년도에서 개발된 다축·다면 초초정밀 가공시스템을 활용하여 의료용 인공관절 세라믹, 티타늄, 크롬-코발트-몰리브덴 재료의 외표면 초초정밀 자기연마가공에 관한 실험을 수행하였음. 또한, 개발된 친환경 초초정밀 가공기술의 가공 특성을 평가하기를 위해 인공관절 시험편의 물리·기계적 특성을 분석하였음
- 다면(구형)체 난삭 재료의 친환경 초초정밀 가공공정 개발 완료
- 무독성 친환경 연마재를 이용한 세라믹, 티타늄, 크롬-코발트 몰리브덴 합금 다면재료의 외면 초초정밀 가공 실시 및 가공성 평가 완료
- 무독성 친환경 연마재 공구 제작 완료: Carbonyl iron 입자, 다이아몬드 페이스트, 팜오일, 포도씨유, 올리브오일 등
- 가공 조건에 따른 구형체 인공관절의 표면정밀도 및 치수정밀도 분석 및 평가 완료
- SEM, AFM, EDS Mapping을 통한 가공 전/후 재료의 표면 상태 분석 완료
- 초정밀 가공된 구형체 인공관절의 물리·기계적 특성 분석 완료:
- 정적 압축 시험, 마모 시험 분석 완류
- ANSYS를 이용한 인공관절 외부표면의 접촉 응력 해석 완료

◆ 3차년도 연구개발 내용 (연구기간: 3개월)
ㅇ 인공신경망을 활용한 초초정밀 가공 결과의 신뢰 모델 확립
- 인공신경망을 활용한 실험조건에 따른 결과 예측 완료
- 세라믹, 티타늄 재료의 구형체 공작물에　대한 다축 다면 초초 정밀 가공을 통한 시스템 검증 완료
- 인공신경망 활용모델과 실제 실험결과의 차이 분석 완료

□ 연구개발성과
ㅇ 전문학술지 논문게재 및 국내학술대회 참가:
- SCI(E)급 논문: 8편 게재, 국내논문 (KCI): 2편 게재
- 국내학술대회: 10번 참가
ㅇ “Magnetic abrasive finishing을 이용한 생체 인공관절 다축·다면 초초정밀 가공 시스템” 설계 및 제작 완료
ㅇ 다면(구형)체 난삭 재료의 친환경 초초정밀 가공공정 확보
ㅇ 무독성 친환경 연마재를 이용한 세라믹, 티타늄, 크롬-코발트몰리브덴 합금 다면재료의 외면 초초정밀가공 기법 확보
ㅇ 초정밀 가공된 구형체 인공관절의 물리·기계적 특성 (정적 압축 시험, 마모 시험 등) 분석 기법 확보
ㅇ SEM, AFM, EDS Mapping 등을 통한 초정밀가공 전/후 재료의 표면상태 분석 기법 확보
ㅇ ANSYS를 이용한 초정밀가공 전/후의 인공관절 외부표면의 접촉응력 해석 기법 확보
ㅇ 인공신경망을 활용한 초초정밀 가공 결과의 신뢰 모델 확립 및 최적화

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
ㅇ 본 과제에서 제안하는 연구의 “다축·다면 초초정밀 가공 시스템”을 통하여 장비의 제작비용 문제, 장비의 관리비용 문제, 제품 생산시간의 문제, 안전성 및 신뢰성의 문제를 해결할 수 있으며, 특히 초정밀가공 분야에서 적용할 수 있는 최고의 선진 기술로 국·써 기술우위를 점할 수 있음
ㅇ 정형외과용 생체 의료부품뿐만 아니라 풍력발전기 블레이드의 피치제어 볼베어링, 가스 플랜트에 쓰이는 On/Off 밸브를 가공하기 위한 무독성 친환경 표면가 공/클리닝 기술로 기존기술의 대체가 기대됨
ㅇ “다축·다면 초초정밀 가공 기술”은 표면거칠기 향상(기존 47nm ->10~30nm), 진원도 편차 감소(기존 490~1360nm->250~400nm), 가공시간 단축(30분->5~10분), 표면의 클리닝 효과의 구현 가능하여 국내·외 기술 선도가 기대됨
ㅇ 해외 기술의 의존도가 높은 초초정밀 자기연마기술에 대한 해외 의존도를 낮출 수 있음

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 2
• 목차 ... 5
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• (1) 연구개발 과제의 필요성 ... 6
• (2) 연구개발 과제의 목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 6
• 1) 연구수행 결과 ... 6
• 2) 목표 달성 수준 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 10
• 5. 연구개발성과 및 활용 계획 ... 11
• 1) 연구성과 ... 11
• 2) 연구성과 활용계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 13