적용분야

치과용 드릴 개발에는 여러 가지 과제가 존재합니다. 드릴링 과정에서 마찰과 드릴의 극도로 높은 회전 속도로 인해 상당한 열이 발생하며, 이는 환자에게 불편함을 유발하는 주요 원인입니다. 치과 치료에서 통증을 유발하는 것은 드릴링 동작 자체가 아니라, 그 과정에서 발생하는 열입니다. 이에 따라 연구개발 기관과 치과용 드릴 제조업체들은 열 발생을 줄이기 위한 새로운 드릴 형상을 지속적으로 개발하고 있습니다. 신뢰할 수 있는 온도 측정은 드릴의 목표 지향적인 최적화를 가능하게 하며, 이러한 새로운 형상의 효과를 분석하는 데 중요한 역할을 합니다.

치과용 드릴은 초당 8,000~16,000회전이라는 극도로 높은 속도로 회전합니다. 이 속도에서는 드릴 팁이 재료를 밀리초 단위로 가공하게 되며, 그 결과 짧은 시간 안에 급격하고 강한 온도 상승이 발생합니다. 이러한 조건에서는 기계적 또는 접촉식 측정 방식이 적합하지 않습니다. 극히 빠른 움직임으로 인해 측정 대상에 직접 접촉할 경우 측정 결과가 왜곡되거나 드릴링 공정을 방해할 수 있기 때문입니다. 또한 열 조건이 지속적으로 변화하므로 실시간 온도 측정이 필수적입니다.

새로운 형상이 실제로 온도 감소로 이어지는지 평가하기 위해서는 정밀한 측정이 필수적입니다. 이러한 고속 응용 분야에서의 과제는 밀리초 단위로 발생하는 온도 변화를 포착하는 것에 있습니다.
현실적인 조건에서 수행된 시험 시리즈에서는, 기존에 사용되던 드릴 설계와 최적화된 형상의 두 가지 드릴 디자인을 비교·분석했습니다.

이처럼 빠르게 변화하는 온도를 정확하게 포착하기 위해 Optris Xi 400 적외선 카메라가 사용되었습니다. 이 열화상 카메라는 382 × 288 픽셀의 높은 광학 해상도와 80 Hz의 프레임 속도를 제공해, 빠른 열 공정을 신뢰성 있게 모니터링할 수 있습니다. 또한 IP67 보호 등급을 갖춘 견고하고 컴팩트한 설계로, 산업 환경에서 사용하기에 이상적입니다.

측정 세팅은 치과용 드릴을 실제와 유사한 조건에서 시험할 수 있는 실험실 환경에서 진행되었습니다. 드릴은 밀링 머신에 장착되었으며, 사람의 뼈 구조와 매우 유사한 돼지 뼈를 대상으로 드릴링 테스트를 수행했습니다. Optris Xi 400은 드릴링 과정 중과 종료 후 드릴 팁의 온도를 측정할 수 있도록 위치가 설정되었습니다. 카메라에 탑재된 정밀한 모터 구동식 포커스 기능을 통해 드릴 측정 지점에 최적의 초점을 맞출 수 있었으며, 이를 통해 정확하고 안정적인 온도 데이터 획득이 가능했습니다.

Optris Xi 400의 주요 장점 중 하나는 손쉬운 시스템 통합입니다. 본 응용에서는 카메라를 10m USB 케이블을 통해 노트북에 연결하고, 분석 소프트웨어인 PIX Connect를 실행했습니다. 이 소프트웨어를 통해 기록된 RAVI 비디오 데이터를 정밀하게 분석할 수 있었으며, 엔지니어들은 이후 온도 곡선을 비교·분석할 수 있었습니다. 카메라의 플러그 앤 플레이 기능 덕분에 설치 과정은 빠르고 간편하게 이루어졌습니다. 또한 최대 390:1의 스폿 대 거리 비율을 제공해, 매우 작은 대상에 대해서도 정밀한 온도 측정이 가능합니다.

시험 결과, 새로운 드릴 형상에서 현저한 온도 감소가 확인되었으며, 이는 환자에게 직접적인 이점을 제공할 수 있습니다. 측정 결과 기존 드릴 형상은 드릴 팁에서 최대 175 °C까지 온도가 상승한 반면, 최적화된 버전은 드릴링 성능을 저하시키지 않으면서도 온도를 120 °C로 낮추는 데 성공했습니다.

55 °C의 온도 감소는 치료 중 통증과 조직 손상 위험을 크게 줄여주는 의미 있는 개선 효과입니다. 이러한 고속 응용 분야에서 Optris Xi 400은 이상적인 온도 측정 솔루션임이 입증되었습니다.

높은 프레임 속도와 해상도뿐만 아니라, 카메라의 유연한 운용성 역시 중요한 요소로 작용했습니다. PIX Connect 소프트웨어를 통해 온도 데이터를 정밀하게 분석하고, 서로 다른 드릴 설계를 효과적으로 비교할 수 있었습니다. 이를 통해 제조업체는 제품을 최적화하고, 열 발생이 적은 혁신적인 드릴을 개발함으로써 경쟁사와의 차별화를 이룰 수 있습니다. 또한 이 카메라는 최대 900 °C까지의 다양한 온도 측정 범위를 지원해, 여러 산업 분야에서 활용 가능한 높은 범용성을 제공합니다.

Optris 솔루션의 또 다른 장점은 카메라의 견고한 설계입니다. 드릴링 과정에서 발생하는 절삭 파편과 같은 어려운 조건에도 불구하고, 카메라를 공정에 유연하게 통합할 수 있어 측정에는 전혀 영향을 미치지 않았습니다. 필요에 따라 Optris 에어 퍼지(Air Purge) 시스템을 적용하면 렌즈 표면을 지속적으로 깨끗하게 유지할 수 있습니다.

높은 측정 정확도, 빠른 프레임 속도, 그리고 간편한 조작성을 갖춘 Optris Xi 400은 치과용 드릴 개발과 같은 고속 응용 분야에 최적의 선택입니다. 제조업체는 적외선 기술을 활용해 혁신적인 드릴을 개발하고 지속적으로 최적화할 수 있습니다.