Nitinol je metalna legura s jedinstvenim svojstvima i upotrebom. Ova magična metalna legura može "pamtiti" ili mijenjati oblik ovisno o temperaturi. Evo nekih stvari koje biste trebali znati prije nego odlučite hoćete li koristiti Nitinol u dizajnu svog medicinskog uređaja.
Kako je biloRazvio se nitinol?
Nitinol je nastao greškom iz 1959. Znanstvenici razvijaju leguru koja je otporna na toplinu i koroziju, au procesu su stvorili leguru od 55% nikla i 45% titana. Naziv predstavlja njegov elementarni sastav i porijeklo. "Ni" i "Ti" su atomski simboli za nikal i titan, a "NOL" označava Naval Ordinance Laboratory, laboratorij u kojem je otkriven.
Gdje jeKoristi se nitinol?
Nitinol postoji od ranih 1960-ih, ali je komercijaliziran tek 20 godina kasnije zbog stroge kontrole potrebne tijekom procesa proizvodnje. Od tada je postao važan materijal za robotiku i medicinske uređaje. Nitinol je superelastičan (10 puta elastičniji od ostalih metala) i njegova svojstva toplinskog pamćenja oblika razlikuju se od bilo kojeg drugog dostupnog materijala.
Nitinol se često koristi u aplikacijama s ograničenim prostornim zahtjevima kada se tradicionalni mehanizmi ne mogu instalirati. Jedna takva primjena zahtijeva da se uređaj ili struktura umetne u mali otvor, a zatim otpusti da se otvori na veću postavljenu veličinu. Komprimirana nitinolska žica ili struktura umetnuta je u malu cijev za isporuku i zatim postavljena na mjesto. Nakon što se postavi, struktura nitinola raste u veličini do nekoliko puta većeg promjera cijevi za isporuku.
KakoNiTi rad?
Jedno od najvrjednijih svojstava Nitinola je dvosmjerni učinak pamćenja oblika. Ovaj efekt pamćenja oblika događa se kada metal prolazi kroz reverzibilnu faznu transformaciju između austenitne i martenzitne faze. Atomi metala raspoređeni su u specifične strukture na temelju svog sastava, ali rijetko mijenjaju strukturni oblik kada su u čvrstom stanju.
Pri visokim temperaturama metali prelaze u austenitnu fazu. U ovoj fazi postiže maksimalnu krutost i savija se poput opruge. Metali pri niskim temperaturama ulaze u martenzitnu fazu. U ovoj fazi metal se čini elastičnim i lako se savija. Kada je Nitinol u svom martenzitnom obliku, može se lako deformirati u nove oblike. Međutim, kada se zagrije na temperaturu transformacije, vraća se u austenit i vraća svoj prethodni oblik.
Male promjene u sastavu legure ili toplinska obrada mogu prilagoditi temperaturu na kojoj Nitinol pamti svoj visokotemperaturni oblik. Svrha opreme određuje prijelaznu temperaturu koju odaberete. Na primjer, ako izrađujete medicinski uređaj (kao što je stent), odabrali biste temperaturu prijelaza koja je blizu ili jednaka temperaturi ljudskog tijela.
Što supraktične aplikacijeNitinola?
Inženjeri robotike često koriste Nitinol kao pokretač. U ovom slučaju, primijenili su električnu struju (ili toplinu) na rastegnutu nitinolnu žicu. Žica se skuplja tijekom punjenja i opušta nakon prestanka punjenja. Za razliku od većine metala, nitinol se smanjuje u duljini kada se zagrijava, ali zadržava isti apsolutni volumen. Dodatno, njegovo toplinsko kretanje je 100 puta veće od ostalih metala.
Koštani čavli primjer su toplinskog dimenzionalnog skupljanja NiTi legura. Spojnice se rastavljaju i umeću u dvije rupe u kosti, a zatim se zagrijavaju kako bi vratile izvorni oblik. Ova tehnika učinkovito spaja dva dijela i drži ih na mjestu tijekom procesa zacjeljivanja.
Drugi primjer je stent koji se hladi i mehanički stišće kako bi odgovarao kateteru malog promjera umetnutom u venu. Nakon postavljanja, stent se oslobađa iz obujmice i vraća se u svoj izvorni oblik nakon postizanja tjelesne temperature, držeći arteriju otvorenom.
Da bi se postiglo elastično širenje, Nitinol žica se mehanički drži na mjestu pomoću stezaljki, a zatim se zagrijava na definiranoj temperaturi i vremenu u fluidiziranoj temperaturnoj kupki, nakon čega slijedi brzo uranjanje u hladnu vodu. Nakon što se izvadi iz stezaljke, žica zadržava svoj oblik bez obzira na kut ili intenzitet deformacije. Kad se otpusti, žica se vraća u svoj programirani oblik. Postoje mnogi praktični primjeri ove primjene, kao što je Homer Mammalok pozicioner igle/konca. Uređaj provlači zakrivljenu žicu kroz ravnu kanilu, a nakon izvlačenja ona se savija natrag u svoj izvorni "J" oblik. Korisnici mogu ponoviti ovaj postupak desetke puta bez deformiranja žica.
Što su neki uobičajeniizazovikada koristite Nitinol?
Jedan od izazova pri radu s Nitinolom je određivanje najboljeg načina spajanja jedne žice na drugu. Ovisno o fazi, žice mogu biti vrlo elastične ili vrlo krute, što ih čini teškim za lemljenje ili lijepljenje. Jedna metoda uključuje korištenje drugih materijala kao što je nehrđajući čelik za mehaničko savijanje žica. Ovi spojevi se zatim mogu TIG zavariti na druge komponente kako bi se dobio željeni krajnji proizvod.