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표제지

목차

국문요약 7

I. 서론 10

1. 연구배경 및 목적 10

2. 연구방법 및 범위 13

1-1. 연구방법 14

1-2. 연구 범위 14

II. 이론적 배경 16

1. CAD/CAM/CAE의 개념 및 배경 16

2. 의료기기시장 19

3. 의료기기설계에 있어서 CAD/CAM/CAE 활용 27

III. 시제품 제작 31

1. 관련이론 및 방법 31

2. 3D Modeling 34

3. 3D Printing 및 CNC 공정을 통한 시제품 제작 43

IV. 정밀도 향상을 위한 측정 및 해석 46

1. 관련 이론 및 방법 46

2. Midas NFX 를 이용한 유한 해석 48

3. 시험검사 58

4. 시험 및 해석결과에 대한 고찰 69

V. 결론 74

참고문헌 76

Abstract 79

List of Tables

Table.1. Health care industrial promote on government. 21

Table.2. Scale of a medical appliances market in korea 22

Table.3. Scale of a medical appliances market in the world 23

Table.4. Occupations: C10010(Bracket of orthodontist·band) 24

Table.5. The result of observation value about medical appliances & fluctuation of stock price 28

Table.6. Comparison of shear bond strength values 33

Table.7. Comparing Polycrystalline to Monocrystalline 46

Table.8. Property of Mono-crystalline 50

Table.9. Geometry Summary 54

Table.10. Results Extrema. 58

Table.11. Adhesive Strength Test Result Summary. 68

Table.12. Result of analyse & test. 69

Table.13. Stress of slot. 73

List of Figures

Fig.1. Using CAD/CAM in architecture & auto industry. 18

Fig.2. Using CAD/CAM in product & medical appliances industry. 18

Fig.3. Using CAD/CAM/CAE. 19

Fig.4. Kind of orthodontic appliance 24

Fig.5. Bracket in accordances with company 26

Fig.6. Using CAD/CAE in medical appliances. 29

Fig.7. 3D modeling by Rhino 3D 5.0 34

Fig.8. Modeling in accordance with tooth 35

Fig.9. Perspective view of structure 36

Fig.10. Base part structure. 36

Fig.11. The structure of section. 40

Fig.12. Maxillary anterior. 42

Fig.13. Projet cpx3500plus. 43

Fig.14. 3D printing output result 44

Fig.15. JWX 30. 45

Fig.16. CNC output result 45

Fig.17. Adhesion strength. 48

Fig.18. Created 3D mesh. 49

Fig.19. Material Editor. 50

Fig.20. Setconstraint of restriction. 51

Fig.21. Set load concentrated. 52

Fig.22. Max. Principal Stress(B)(이미지참조) 54

Fig.23. Analyze before & after(B).(이미지참조) 55

Fig.24. Max. Principal Stress graph(B).(이미지참조) 55

Fig.25. Max.Principal Stress of slot (B).(이미지참조) 56

Fig.26. Stress linearization of slot (B).(이미지참조) 57

Fig.27. Stress v strain brittle. 57

Fig.28. 25 kN Universal Testing Machine 59

Fig.29. Schematic view of the test specimen. 60

Fig.30. Sample experiment. 66

Fig.31. Distance-Weight Graph 66

Fig.32. Weibull characteristic strength 67

Fig.33. Result Graph of analyse & test. 70

Fig.34. Front View. 71

Fig.35. Side View. 72

Fig.36. Perspective View. 73

초록보기

 본 연구는 제품 개발 과정에서 발생할 수 있는 성능 정밀도 오류를 정량적으로 분석하여 향후 CAD/CAE를 필요로 하는 산업에서의 양산 제품 생산에 효율적으로 적용하기 위한 기반연구이다. CAD를 활용하는 산업으로는 자동차, 가전제품, 농업기계, 의료, 계측, 모바일 제품, 시계 정밀 부품, 장신구 산업 등으로서 전반적인 산업 제조 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 실질적으로 CAD와 양산을 위한 CAM을 활용하는 제조업들은 오랜 시간에 걸쳐 획득된 여러 가지 노하우를 바탕으로 최대한 설계도면에 가까운 제품을 생산하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 하지만 비 정량화 양산과정에서 오는 지속적인 오류와 시행착오는 기업과 제품의 경쟁력을 약화시키는 요인을 초래할 수 있다. 아울러 다원화 및 다양화 된 시대적 상황을 반영하듯, 최근 들어 소비자들의 구매조건 역시 다양화 되면서 다품종 소량생산에 대한 시대적 요구가 절실해 지고 있는 추세이다. 또한 유행에 따른 제품 수명주기도 짧아지면서 디자인에 대한 중요성은 물론 성능에 대한 안전성, 실용성 등이 동시에 부각되고 있다.

따라서 관련 기업에서는 디자인에 대한 중요성을 인식하고, 다양한 사회적 변화와 소비자 기호에 즉각적으로 대응할 수 있는 디자인 설계 시스템 구축과 최적화된 생산 시스템에 의한 생산성 향상에 기업의 사활을 걸고 있다. 관련기업에서의 일반적인 제품개발과정을 보면 먼저 디자인 개발 콘셉트를 설정하고 이에 따른 제품을 설계한 후 시제품을 제작하게 된다. 이 과정에서 2D의 이미지를 3D로의 시제품으로 제작 하는 과정에서 오는 시각적 오류와 성능 정밀도 오류에 따른 설계도면 수정작업을 반복적으로 거친 후 양산을 위한 금형설계, 금형가공을 하게 된다. 금형설계 및 가공은 금형원의 노하우에 따라 양산제품에 대한 치수적인 오차가 달라질 수 있다. 복잡 다양한 설계과정으로 인해 많은 시간과 경비가 소요되는 것은 피할 수 없는 현실이다. 이러한 설계과정을 단축시키기 위해 최근에는 CAD(COmputer Aided Design)데이터를 활용해 설계한 3차원 데이터 CAE(COmputer Aided Engineer)응용프로그램을 통해 구조해석과 유한해석을 함으로서 양산 제품생산 후 발생할 수 있는 성능 오류를 최소화 하여 원가절감과 제품의 가치를 동시에 추구할 수 있는 가치공학(VE: Value Engineering)을 시도하고 있다. 하지만 대부분 CAD/CAM을 활용하는 제조업체들은 영세성으로 인해 최적의 설계 검증 조건을 갖추지 못하고 있는 실정이다. 또한 많은 연구자들이 설계 검증 시 비 정형 제품에 형성되는 잔류응력을 최소화 하고 성능 정밀도를 유지할 수 있는 최적 성형조건에 대한 많은 연구를 하고 있지만 점차 진보하는 자유곡선 형상제품, 특히 치아교정용 Bracket과 같이 소형이면서 정밀한 제품의 특성 평가에 대한 연구가 아직도 미진한 상태이다. 따라서 성능 정밀도 향상을 위한 고품질화, 개발기간 단축을 통한 원가절감을 실현하기 위하여 제품개발 시 발생할 수 있는 성능 불량요소를 체계적이고 정량적으로 분석할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 치아교정용 Ceramics bracket을 소재로 CAE를 이용해 접착강도에 대하여 분석하였다. Ⅱ장에서는 제품개발에 있어서 CAD/CAE 활용에 대한 이론적 배경을 기술하였다. Ⅲ장에서는 Bracket을 RhinO 3D를 통해 설계하고 편집 한 후 3D 프린터인 PrOJetSD 3500⁺을 활용하여 형상 검증을 하고 JWX30 CNC장비를 활용하여 시제품을 제작하였다.

Ⅳ장에서는 Ⅲ장에서의 결과물을 토대로 CAE 응용프로그램인 Midas NFX을 활용해 접착강도 유한해석을 하였다. Ⅳ장에서의 결과 시제품을 이용하여 접착강도시험, 치아접촉부와의 응력 유한 해석을 통한 응력 값을 도출하여 시험분석과 유한해석에 대한 상관관계 도출하였다. 마지막으로 Ⅴ장에서는 결론 및 향후 연구 과제를 제시하였다.

참고문헌 (29건) : 자료제공( 네이버학술정보 )

참고문헌 목록에 대한 테이블로 번호, 참고문헌, 국회도서관 소장유무로 구성되어 있습니다.
번호 참고문헌 국회도서관 소장유무
1 CAD／CAM／CAE,한국과학기술정보연구원 [편],2003. 미소장
2 설계 엔지니어가 쉽게 이용할 수 있는 해석의 기초와 활용, 주)마이다스아이티,2013. 미소장
3 구조역학 이야기,성안당,2012. 미소장
4 Training SeriesⅠ, 주)마이다스 아이티,2013. 미소장
5 Building Better Products with Finite Element Analysis, 주)마이다스아이티, 2010. 미소장
6 유한요소 분석을 이용한 다공성 치과용 임플란트의 설계,부산카톨릭대학교 대학원 석사학위 논문,2010. 미소장
7 유한요소 해석에 의한 트위스트 강봉의 인장 및 부착에 관한 연구,영남대학교 대학원 석사학위 논문,2011. 미소장
8 평면사변형 메쉬기법을 활용한 비정형 건축의 외피 생성 방법에 관한 연구,한양대학교 대학원 석사학위 논문,2009. 미소장
9 CAD/CAM/CAE를 활용한 크라운 직선 베벨 기어의 단조 정밀도 향상방안에 관한 연구 소장
10 CAD/CAM/CAE를 활용한 크라운 직선 베벨 기어의 단조 정밀도 향상방안에 관한 연구 소장
11 음향방출기법과 중합수축응력 측정에 의한 치아 재질/복합레진 수복재의 계면강도 해석,한양대학교,연구보고서,2011. 미소장
12 유한요소 모델을 이용한 중이의 소리전달 특성 해석 소장
13 비정형건물의 열 부하 특성 예측모델 검증,대한건축학회지, 제28권 제2호 통권 제280호, pp.251-258 1229-6163 KCI, 2012. 미소장
14 Biomedicahanical Characteristics ot he Ossicular Protsthese Model Using the Finite Element Method 소장
15 (The) effect of the strength and wetting characteristics of Bis-GMA/TEGDMA-based adhesives on the bond strength to dentin 소장
16 세라믹 브라켓의 재접착이 전단 결합 강도에 미치는 영향 소장
17 자동차 그로멧의 유한요소해석 및 노화시험에 대한 연구 소장
18 A Study on Finite Element Analysis and Aging Test forAutomotive Grommet 소장
19 교정용 브라켓과 강선 사이의 운동마찰저항력에 관한 실험적 연구, 대한치과교정학회, 제31권 제4호, pp467-477, 2001. 미소장
20 교정용 브라켓에 가해지는 힘의 방향에 따른 결합강도의 비교 소장
21 교정용 브라켓과 교정선 사이의 마찰력,대한치과교정학회,제30권 제5호,pp613-623,2000. 미소장
22 제품개발에 있어서 CAD/CAM/CAE의 활용 방안에 대한 연구, 한국디지털디자인협회,제8권 제2호 통권18호 pp.257-265,2008 미소장
23 세라믹 브라켓의 종류 및 브라켓 슬롯과 와이어 각도에 따른 마찰 저항 차이 소장
24 최해운·김정기,교정용 브라켓 접착부의 피로특성에 관한 실험적 연구,대한치과교정학회,제25권 제1호,pp55-72,1995. 미소장
25 유한요소법을 이용한 혼합구조 접합부의 비선형 해석,한국전산구조공학회,제12권 제3호,pp363∼370,1999. 미소장
26 CAD & Graphics,BB미디어,Vol.53,No.1,2013. 미소장
27 CAD & Graphics,BB미디어,Vol.58,No.6,2013. 미소장
28 CAD & Graphics,BB미디어,Vol.61,No.8,2013. 미소장
29 CAD & Graphics,BB미디어,Vol.62,No.9,2013. 미소장

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