Nitinol to stop metalu o unikalnych właściwościach i zastosowaniach. Ten magiczny stop metalu może „zapamiętać” lub zmienić kształt w zależności od temperatury. Oto kilka rzeczy, które powinieneś wiedzieć, zanim podejmiesz decyzję o zastosowaniu Nitinolu w projekcie swojego urządzenia medycznego.
Jak byłoOpracowano nitinol?
Nitinol powstał w wyniku pomyłki w 1959 roku. Naukowcy opracowują stop odporny na ciepło i korozję, w wyniku czego powstał stop składający się w 55% z niklu i w 45% z tytanu. Nazwa reprezentuje jego skład pierwiastkowy i pochodzenie. „Ni” i „Ti” to symbole atomowe niklu i tytanu, a „NOL” oznacza Laboratorium Rozporządzeń Marynarki Wojennej, laboratorium, w którym odkryto ten pierwiastek.
Gdzie jestZastosowano nitinol?
Nitinol istnieje na rynku od wczesnych lat sześćdziesiątych XX wieku, ale został wprowadzony na rynek dopiero 20 lat później ze względu na ścisłą kontrolę wymaganą podczas procesu produkcyjnego. Od tego czasu stał się ważnym materiałem do robotyki i urządzeń medycznych. Nitinol jest superelastyczny (10 razy bardziej elastyczny niż inne metale), a jego właściwości termicznej pamięci kształtu nie przypominają żadnego innego dostępnego materiału.
Nitinol jest często stosowany w zastosowaniach o małych wymaganiach przestrzennych, gdy nie można zainstalować tradycyjnych mechanizmów. Jedno z takich zastosowań wymaga włożenia urządzenia lub konstrukcji do małego otworu, a następnie zwolnienia w celu otwarcia do większego rozmiaru. Skompresowany drut lub strukturę nitinolową wkłada się do małej rurki doprowadzającej, a następnie umieszcza na miejscu. Po rozłożeniu struktura nitinolu zwiększa swój rozmiar do kilkukrotnej średnicy rurki doprowadzającej.
JakNiTi działa?
Jedną z najcenniejszych właściwości Nitinolu jest dwukierunkowy efekt pamięci kształtu. Ten efekt pamięci kształtu występuje, gdy metal ulega odwracalnej przemianie fazowej pomiędzy fazami austenitu i martenzytu. Atomy metali są ułożone w określone struktury w oparciu o ich skład, ale rzadko zmieniają kształt strukturalny, gdy są w stanie stałym.
W wysokich temperaturach metale wchodzą w fazę austenitu. Na tym etapie osiąga maksymalną sztywność i wygina się jak sprężyna. Metale wchodzą w fazę martenzytyczną w niskich temperaturach. Na tym etapie metal jest elastyczny i łatwo się wygina. Kiedy nitinol występuje w postaci martenzytycznej, może łatwo odkształcać się i przybierać nowe kształty. Jednak po podgrzaniu do temperatury przemiany powraca do austenitu i odzyskuje swój poprzedni kształt.
Niewielkie zmiany w składzie stopu lub obróbka cieplna mogą dostosować temperaturę, w której Nitinol zapamiętuje swoją postać wysokotemperaturową. Przeznaczenie urządzenia determinuje wybraną przez Ciebie temperaturę przejścia. Na przykład, jeśli wytwarzasz urządzenie medyczne (takie jak stent), powinieneś wybrać temperaturę przejściową bliską lub równą temperaturze ciała ludzkiego.
Jakie sąpraktyczne zastosowaniaz Nitinolu?
Inżynierowie robotycy często używają Nitinolu jako siłownika. W tym przypadku do rozciągniętego drutu nitinolowego przyłożono prąd elektryczny (lub ciepło). Drut kurczy się podczas ładowania i rozluźnia się po zakończeniu ładowania. W przeciwieństwie do większości metali, Nitinol kurczy się pod wpływem ogrzewania, ale zachowuje tę samą objętość bezwzględną. Dodatkowo jego ruch termiczny jest 100 razy większy niż w przypadku innych metali.
Gwoździe kostne są przykładem termicznego skurczu wymiarowego stopów NiTi. Zszywki są rozrywane i wkładane w dwa otwory w kości, a następnie podgrzewane w celu przywrócenia pierwotnego kształtu. Technika ta skutecznie łączy obie części i utrzymuje je na miejscu podczas procesu gojenia.
Innym przykładem jest stent, który jest chłodzony i mechanicznie ściskany w celu dopasowania do cewnika o małej średnicy wprowadzonego do żyły. Po umieszczeniu stent jest uwalniany z tulei ograniczającej i po osiągnięciu temperatury ciała powraca do swojego pierwotnego kształtu, utrzymując tętnicę otwartą.
Aby uzyskać elastyczne rozciągnięcie, drut nitinolowy jest mechanicznie utrzymywany w miejscu za pomocą zacisków, a następnie podgrzewany w określonej temperaturze i czasie w kąpieli fluidyzacyjnej, a następnie szybko zanurzany w zimnej wodzie. Po wyjęciu z zacisku drut zachowuje swój kształt niezależnie od kąta i intensywności odkształcenia. Po zwolnieniu drut powraca do zaprogramowanego kształtu. Istnieje wiele praktycznych przykładów tego zastosowania, takich jak pozycjoner igły/nici Homer Mammalok. Urządzenie przeciąga zakrzywiony drut przez prostą kaniulę, a po wycofaniu zagina się z powrotem do pierwotnego kształtu litery „J”. Użytkownicy mogą powtarzać ten proces dziesiątki razy bez deformowania przewodów.
Jakie są wspólnewyzwaniapodczas stosowania Nitinolu?
Jednym z wyzwań podczas pracy z Nitinolem jest określenie najlepszego sposobu połączenia jednego przewodu z drugim. W zależności od fazy druty mogą być bardzo elastyczne lub bardzo sztywne, przez co trudno je lutować lub sklejać. Jedna metoda polega na użyciu innych materiałów, takich jak stal nierdzewna, do mechanicznego zaciskania drutów. Te karby można następnie zespawać metodą TIG z innymi komponentami, aby uzyskać pożądany produkt końcowy.