초록 ▼

□ 연구개요
- 골조직 기초실험을 기반으로 온도측정이 가능한 K-type TFTC 공구를 제작하기 위해 공정 설계 및 TFTC 공구 제작을 목표로 함.
- 골조직 드릴 공정에서 온도 예측을 위해 소성 재료 모델을 이용하여 시뮬레이션 모델을 구성함.
- 골조직의 기본적인 절삭 특성을 확인하기 위해 직교절삭(Orthogonal cutting)에 대한 셋업이 요구됨.
- 온도 측정을 위한 TFTC센서의 최적 형상 설계가 요구됨.
- 절삭에서는 가공 속도가 증가할수록 재료가 변화하는 Strain rate이 같이

□ 연구개요
- 골조직 기초실험을 기반으로 온도측정이 가능한 K-type TFTC 공구를 제작하기 위해 공정 설계 및 TFTC 공구 제작을 목표로 함.
- 골조직 드릴 공정에서 온도 예측을 위해 소성 재료 모델을 이용하여 시뮬레이션 모델을 구성함.
- 골조직의 기본적인 절삭 특성을 확인하기 위해 직교절삭(Orthogonal cutting)에 대한 셋업이 요구됨.
- 온도 측정을 위한 TFTC센서의 최적 형상 설계가 요구됨.
- 절삭에서는 가공 속도가 증가할수록 재료가 변화하는 Strain rate이 같이 증가하게 됨에 따라 절삭력 예측 모델이 확립되어야 함.
- 실험 데이터를 기반으로 예측 절삭력의 파라미터 정량 최적화.
- 6축 로봇을 이용해 피질골의 절삭거동을 분석하여 최적의 가공조건을 도출함과 동시에 온도감소를 목적으로 극저온 냉각을 제안함.

□ 연구 목표대비 연구결과
- 공구의 전면이 Insulation 물질로 코팅된 공구를 선정하여 Sputtering 공정을 적용하여 회로를 제작하였으며, MASK를 통해 회로 형상이 제작 되도록 추가 설계하여 공정에 적용함. 초기 계획한 두께보다 5~10% 두껍게 제작되었으나 형상은 정밀하게 제작됨.
- 온도 예측이 가능하도록 Abaqus/Explicit 상용 코드를 이용해 해석을 실시하였으며, 해석 결과 길이방향을 따라 최소 200도에서 최대 450도까지 온도 증가가 예측됨.
- 골조직의 절삭공정에서 온도 및 절삭력 측정이 가능한 모니터링 시스템을 구축함.
- TFTC 센서의 최적 형상 설계 연구를 통해 Chromel(+), Alumel(-) 회로의 접촉 면적이 100um² 이상에서 온도 측정이 가능함을 확인함.
- 가공 속도에 대한 Strain rate를 수식으로 정의했으며, 방향 별 Cutting force와 Thrust force를 계산함.
- 이전 연구에서 확립한 절삭력 예측 모델링을 기반으로 우선 마찰율의 최적 수식을 도출해 실시함.
- 6축 로봇을 통해 수동 드릴링에 비해 보다 정확하고 정밀한 드릴링이 가능해짐. 특히 다양한 가공 매개변수를 유동적으로 제어함으로써 피질골 드릴링 공정의 정량적 분석이 보다 수월해짐. 또한 극저온 냉각의 적용가능성을 실험적으로 검토하여, 피질골의 온도상승을 효과적으로 제어할 수 있음을 확인. 이는 드릴링 과정에서 발생하는 열성 골괴사의 위험을 감소시켜줄 것으로 예상.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
- 공구 표면 상단에 직접 센서를 제작함으로써 측정이 불가 하였던 온도가 측정 가능해짐에 따라 의료 분야에서 효과적인 치료법으로 적용 가능함.
- 해당 기술의 응용은 온도 측정 후 최대한 부작용이 적은 새로운 기법에 대해서도 수립하는데 도움이 될 것으로 예상됨.
- 피질골 드릴 공정에서 6축 로봇을 적용함으로써 일정한 드릴링 이송속도를 갖추었으며, 그로인해 공구의 파손이나 과도한 절삭력에 대한 위험부담이 감소함. 또한 극저온 냉각법을 통해 온도감소 효율을 극대화 시켜 열성 골괴사를 방지하는데 많은 도움이 될 것으로 예상됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 33