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초록

영어

This study addresses severe machining deformation and vibration issues in slender, lightweight titanium shoulder prosthetic stems, arising from their low stiffness. To resolve this, a novel jig mechanism was developed and its performance evaluated through Finite Element Analysis (FEA) and prototype testing. Structural analysis revealed the proposed jig effectively controlled stem deformation and stress across varying fixing positions and feed rates, demonstrating machining stability. Notably, stability was confirmed for fixing positions up to 60mm. Vibration analysis showed the jig system's high natural frequency, significantly exceeding tool rotation frequency, ensuring low resonance risk. Prototype fabrication confirmed feasibility, with experimental data validating FEA results with an average error rate of approximately 10%. This research significantly contributes to enhancing the machining precision and quality of lightweight shoulder prosthetic stems, providing safer and more effective prostheses for patients.

한국어

본 논문은 경량화를 목적으로 슬립화한 어깨 인공관절 모형 및 가공에 관한 연구이다. 구체적으로 길고 가는 어깨 인공관절 모형에 대하여 공진 범위를 구하고 이를 바탕으로 티타늄 합금(Ti-6Al-4V) 소재의 스템 모델에 대 하여 절삭 가공 중에 발생하는 변형 및 진동 문제를 해결하고자 새로운 지그 메커니즘을 제안하고 그 성능을 평가 하였다. 구조 해석 결과, 제안된 지그는 다양한 고정 위치 및 이송 속도 조건에서 스템의 변형과 응력을 효과적으로 제어하여 가공 안정성을 입증했다. 특히, 고정 위치가 60mm 이하인 조건에서는 변형량과 응력의 증가 폭이 비교 적 작고 안정적인 수준을 유지하여, 이 구간의 고정 위치가 고정밀 가공에 가장 효과적임을 입증하였다. 진동 해석 을 통해 지그 시스템의 고유 진동수가 공구 회전 주파수보다 현저히 높아 공진 위험이 낮음을 확인했다. 또한 시제 품 제작으로 실현 가능성을 보여주었으며, 해석과 실험 데이터 간 평균 약 10%대 오차율로 모델 신뢰성을 확보했 다. 본 연구 결과는 경량화된 어깨 인공관절 스템의 가공 정밀도와 제품 품질을 향상시켜 환자에게 더 안전하고 효과적인 인공관절을 제공하는 데 기여할 것으로 기대된다.

목차

요약
Abstract
1. 서론
2. 슬립화된 인공관절 Stem 모델 연구
2.1 인공관절 Stem의 재료
2.2. 인공관절 Stem 모델링
2.3. 인공관절 Stem 진동해석
3. 인공관절 Stem 지그 설계
3.1. 새로운 지그 메커니즘
3.2 해석 조건
3.3 해석 결과
4. 시제품 제작 및 성능평가
5. 결론
REFERENCES

키워드

저자

• 박태현 [ Taiheoun Park | 남서울대학교 스마트팜학과 모빌리티공학전공 교수 ] Corresponding Author
• 김주선 [ Ju-Seon Kim | 케이에스텍 연구원 ]

참고문헌

발행기관

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• 간행물명

  산업과 과학 [Advanced Industrial SCIence]

• 간기

  격월간

• eISSN

  2951-2476

• 수록기간

  2022~2026

• 등재여부

  KCI 등재후보

• 십진분류

  KDC 004 DDC 004