• 대한치과교정학회지
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• 제48권5호
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• pp.316-325
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• 2018

Objective: The aim of this systematic multiscale analysis was to evaluate the effects of thermoforming on the physical and mechanical properties of thermoplastic materials used to fabricate transparent orthodontic aligners (TOAs). Methods: Specimens were fabricated using four types of thermoplastic materials with different thicknesses under a thermal vacuum. Transparency, water absorption and solubility, surface hardness, and the results of three-point bending and tensile tests were evaluated before and after thermoforming. Data were analyzed using one-way analysis of variance and Student's t-test. Results: After thermoforming, the transparency of Duran and Essix A+ decreased, while the water absorption ability of all materials; the water solubility of Duran, Essix A+, and Essix ACE; and the surface hardness of Duran and Essix A+ increased. The flexure modulus for the 0.5-mm-thick Duran, Essix A+, and eCligner specimens increased, whereas that for the 0.75-/1.0-mm-thick Duran and eClginer specimens decreased. In addition, the elastic modulus increased for the 0.5-mm-thick Essix A+ specimens and decreased for the 0.75-mm-thick Duran and Essix ACE and the 1.0-mm-thick Essix ACE specimens. Conclusions: Our findings suggest that the physical and mechanical properties of thermoplastic materials used for the fabrication of TOAs should be evaluated after thermoforming in order to characterize their properties for clinical application.

• 대한치과교정학회지
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• 제51권2호
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• pp.135-141
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• 2021

Objective: To assess the effects of thermoforming on aligner thickness and gap width in six aligner systems with the same nominal thickness. Methods: Six passive upper aligners of different brands were adapted to a single printed cast. Each sample was evaluated with high-resolution micro-computed tomography. To investigate aligner thickness and gap width, two-dimensional (2D) analysis was conducted assessing the effects of the following variables: tooth type (central incisor, canine, and first molar), 2D reference points, and aligner type. Data were analyzed and compared using analysis of variance and Tukey's post-hoc tests (p < 0.05). Results: Tooth type, dental region, and aligner type affected both the gap width and aligner thickness. The aligner thickness remained moderately stable across the arch only in the F22. Conclusions: All thermoformed samples displayed smaller aligner thickness and gap width at anterior teeth and both gingival and coronal centers than at posterior teeth and occlusal surfaces.

• Design & Manufacturing
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• 제16권1호
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• pp.27-35
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• 2022

Thermoforming is a plastic manufacturing process that applies a force to stretch a film of heated thermoplastic material over an engineered mold to create a 3-dimensional shape. After forming, the shaped part can then be trimmed and finished to specification to meet an end-user's requirements. The process and thermoplastic materials are extremely versatile and can be utilized to manufacture parts for a very wide range of applications. In this study, based on K-BKZ nonlinear viscoelastic model, thermoforming process analysis was performed for an interior room-lamp. The predicted thickness was minimum at the corner of a molded film, and maximum at the center of the bottom. By using the Taguchi method of design of experiments, the effects of process conditions on residual stresses were investigated. The dominant factors were the liner thickness and the film heating time. As the thickness of the liner increased, the residual stress decreased. And it was found that the residual stress decreased significantly when the film heating temperature was higher than the glass transition temperature. A thermoforming mold and a trimming mold were manufactured, and the spring back was investigated through experiments. The dominant factors were film heating time, liner thickness, and lower mold temperature. As the film heating time and liner thickness increased, the spring back decreased. In addition, it was found that the spring back decreased as the lower mold temperature increased.

• Composites Research
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• 제22권4호
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• pp.20-26
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• 2009

본 연구에서는 직조섬유복합재료를 이용한 계란판 모양의 시편에 대한 드래이핑 공정과 압축 해석을 비직교성 재료 모델을 이용하여 수행하였다. 비 직교 재료 구성 모델은 Xue 등이 2003년에 발표한 것을 상용 프로그램인 LS-DYNA에서 제공하는 사용자 부프로그램 (user subroutine)을 이용하여 본 연구에 적용하였다. 비 직교 재료 구성 모델에서 빙향성은 변형 기울기 텐서를 이용하여 계산하였고, 각 단계마다 재료 물성 행렬을 갱신하였다. 비 직교 물성 모델은 바이어스 인장 실험 결과와 비교 검증을 한 후에 계란 판 성형에 적용하였다. 계란 판 해석을 위해 본 연구에서는 열 성형 공정 (드래이핑)과 압축 해석을 수행하였다. 압축 해석을 위한 유한요소 모델은 드래이핑 해석으로부터 얻은 유한요소결과를 이용하여 구축하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권3호
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• pp.20-25
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• 2013

In various manufacturing industries, an in-mold decoration (IMD) process for plastic objects is widely utilized because a film forming and an injection molding processes run simultaneously. In the present study, the deformation of polymer film and filling of resin in the IMD process were numerically investigated to evaluate the quality of the plastic object formed by the IMD process, which consists of thermoforming and injection molding processes. To obtain the initial shape of the polymer film during the injection molding process, the deformation of the polymer film in the thermoforming process was pre-formed using the vacuum conditions to attach the film to a cavity. Since the properties and deformation of polymer film are greatly affected by the behavior of polymer resin being injected into a mold cavity, numerical simulations for the injection molding and film forming were performed with one-way coupling method. The results showed that the injected resin could lead to the tearing of the polymer film in local regions near the corners. In order to verify the proposed numerical methodology, the numerical results of the deformation patterns printed on the initial polymer film were compared with the experimental data. The proposed methodology to couple film forming analysis with injection molding analysis can be used to predict the deformation of film in IMD process.

• 유변학
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• 제11권1호
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• pp.18-27
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• 1999

본 연구에서는 3차원 열성형 공정 알고리듬과 이에 membrane approximation을 도입한 근사적인 알고리듬을 개발하였고, 이 알고리듬을 이용하여 몇몇 열성형계에 대한 수치모사를 수행하여 그 결과를 비교 분석하였다. 3차원 알고리듬의 경우에는 구성한 유한요소 평형 방정식에 벌칙함수를 도입하여 비압축성 조건을 만족시켜 해를 얻었으며, membrane approximation을 도입한 알고리듬의 경우에는 두께 방향의 응력을 무시하여 구성한 방정식으로부터 해를 얻었다. 구성방정식은 2nd Piola-Kirchhoff 응력 텐서와 Cauchy-Green 변형 텐서를 사용하여 표현하였고 수지의 물질 모델식으로는 2항의 Mooney-Rivlin 모델을 사용하였으며, total Lagrangian coordinate를 도입하여 지배방정식을 유한요소화함으로써 알고리듬을 구성하였다. 대상계로 선정한 사각평판 수지의 자유 부풀림 거동과 금형이 있는 경우에서의 수지의 부풀림 거동을 3차원 알고리듬과 membrane approximation 알고리듬을 각각 이용하여 분석하였으며 3차원 알고리듬의 경우 clamping 부분의 경계조건을 달리하여 결과를 비교하였다. 금형이 있는 계에 대해서는 slip 경계조건과 no-slip 경계조건을 각각 부여하여 수치모사를 수행, 수지의 변형거동과 응력분포를 비교 분석하였으며, 두께를 달리 한 수지에 대해 두께 방향의 응력을 비교 분석함으로써 membrane approximation 알고리듬의 한계에 대하여 논하였다. 한편 수지 온도 변화에 따른 성형품의 두께 분포의 변화를 살펴보기 위하여 ABS 수지를 대상으로 하여 $137.8^{\circ}C$에서 $171.1^{\circ}C$사이의 온도에서 수행한 인장실험 데이터를 수치모사에 사용하였다. 그 결과 수지의 온도가 높을수록 두께의 표준편차가감소하여 균일한 두께 분포를 얻을 수 있음을 확인하였고 이는 수지의 흐름성이 증가함으로써 나타나는 현상으로 해석할 수 있다.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2012년도 추계학술대회 논문집
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• pp.803-804
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• 2012

• 유변학
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• 제8권3_4호
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• pp.215-225
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• 1996

평판형의 열가소성 수지를 유리전이온도 이상으로 가열한 다음 압력을 가함으로써 원하는 형상의 제품을 성형하는 열성형공정은 대상 수지가 큰 변형을 일으킬 뿐만 아니라 비선형적 거동을 보이게 된다. 따라서 수지의 변형거동 예측과 최적성형조건의 설정에 많은 어려움과 시행착오를 거치게 되는 바, 열성형 공정의 최적화를 위한 연구의 일환으로 원형 평판위 수지를 대상으로 수지의 부풀림 거동과 이에 따른 두께 분포를 예측할수 있는유한요 소법의 수치모사 알고리듬을 개발하고자 하였다. Piola-Kirchhoff 응력 텐서와 Green 변형 텐서 및 lagrangian 변형 텐서를 사용하여 평판상의 응력-변형에 대한 비선형의 에너지 수 지식을 수립하고 Newton-Raphson 반복수렴법을 이용하여 근사적으로 해석하였으며 수지의 유변학적 구성방정식으로는 neo-Hookean 모델, Mooney-Rivlin 모델 및 Ogden 모델등의 초탄성 모델을 사용하여 그결과를 비교하였다. 수치모사에는 두께가 매우 얇기 때문에 두께 방향의 응력변화를 무시할수 있는 membrane 가정을 도입한 2차원적 해석과 두께 방향의 응력 변화를 고려하는 3차원적 해석을 모두 수행하고 그 차이를 비교하였으며 3차원적 해석 의 경우에는 penalty법을 이용하여 비 압축성을 만족하였다. 일차적으로 내압을 받는 두꺼 운 원통계에 대한 수치모사 해석을 수행하고 완전해와 비교함으로써 개발된 수치모사 알고 리듬의 열성형 공정에의 적용 타당성을 검증하였으며 이를 이용하여 원형 평판의 자유부풀 림거동을 예측한 결과 Treloar 등의 실험결과와 잘 부합함을 확인하였다. 또 간단한 형상의 금형이 있는 경우와 반지름 방향으로의 온도변화에 따른 수지의 변형거동을 해석함으로써 실제 열성형 공정에서 요구되고 있는 성형품의 두께 분포를 균일하게 하기 위한 방안을 제 시하였다.

• Composites Research
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• 제15권5호
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• pp.44-52
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• 2002

To study numerically the mechanical behaviors of advanced composite materials considering the microscopic phenomena as well as the macroscopic properties and behaviors, a multi-scale modeling and analysis by the mathematical homogenization method with the help of the finite element method(FEM) are reviewed. The hierarchical modeling strategy and the formulation are briefly described first to give some idea of the multi-scale framework. The latter half of this article focuses on the verification of the multi-scale analysis by the homogenization method in its applications to real advanced materials. The first example is the verification of the predicted macroscopic(homogenized) properties based on the microstructure of porous ceramics. In spite of the complexity of the random microstructure, the error between the predicted and the measured values was only 1%. Next, two applications to the process simulation of fiber reinforced polymer matrix composites are presented. The permeability characteristics are evaluated for sheared weave fabrics for resin transfer molding(RTM) simulation, and the thermoforming of FRTP sheet is analyzed considering the large deformation of the knit structure during the deep-draw forming was verified by comparison with the experimental results.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2002년도 추계학술대회 논문집
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• pp.663-666
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• 2002

Originally, the thermoforming method has been developed to produce the plastic parts which have simple geometric characteristics such as door trims and wrapping materials within the short time. But the thermoformed parts have non-uniform thickness distributions over the surface according to the material characteristics, set-up angle and geometry of the parts. But, only few analysis methods have been developed so far, due to the difficulties of the selection of important factors, and contribution of each factor in the simulation. So, to guarantee the dimensional accuracy and mechanical properties of crucial points in the thermoformed parts, it is necessary to develop the thickness prediction method. This research suggests a new approaching methodology to predict the thermoformed parts by modulating the control points of the NURBS curve. The newly developed method makes it possible not only to choose the suitable thickness of polymer sheets but also to induce data modification for vacuum forming.