Нітинол - це металевий сплав з унікальними властивостями та застосуванням. Цей чарівний металевий сплав може «запам'ятовувати» або змінювати форму залежно від температури. Ось деякі речі, які ви повинні знати, перш ніж вирішити, чи використовувати нітинол у дизайні медичного обладнання.
Як булорозроблений нітинол?
Нітинол виник через помилку в 1959 році. Вчені розробляють сплав, який є термостійким і стійким до корозії, і в процесі створили сплав, що складається з 55% нікелю і 45% титану. Назва відображає його елементний склад і походження. "Ni" і "Ti" є атомними символами для нікелю та титану, а "NOL" означає Морську ордонансову лабораторію, лабораторію, де його виявили.
ДеВикористовується нітинол?
Нітинол існує з початку 1960-х років, але комерціалізувати його вдалося лише через 20 років через суворий контроль, необхідний під час виробничого процесу. Відтоді він став важливим матеріалом для робототехніки та медичних пристроїв. Нітинол є супереластичним (у 10 разів більш еластичним, ніж інші метали), а його властивості термічної пам’яті форми не схожі на будь-який інший доступний матеріал.
Нітинол часто використовується в умовах обмеженого простору, коли неможливо встановити традиційні механізми. Одна з таких програм вимагає, щоб пристрій або конструкція була вставлена в невеликий отвір, а потім відпущена, щоб відкритися до більшого заданого розміру. Стиснутий нітиноловий дріт або структуру вставляють у невелику транспортну трубку, а потім розміщують на місці. Після розгортання нітинолова структура збільшується в розмірах, у кілька разів перевищуючи діаметр транспортної трубки.
ЯкNiTi робота?
Однією з найцінніших властивостей нітинолу є двосторонній ефект пам'яті форми. Цей ефект пам’яті форми виникає, коли метал зазнає оборотного фазового перетворення між аустенітною та мартенситною фазами. Атоми металу впорядковані в певні структури на основі їх складу, але рідко змінюють структурну форму, коли знаходяться в твердому стані.
При високих температурах метали переходять у фазу аустеніту. На цьому етапі він досягає максимальної жорсткості і згинається як пружина. Метали переходять у мартенситну фазу при низьких температурах. На цьому етапі метал стає еластичним і легко гнеться. Коли нітинол знаходиться в мартенситній формі, він може легко деформуватися в нові форми. Однак при нагріванні до температури перетворення він перетворюється в аустеніт і повертає свою попередню форму.
Незначні зміни в складі сплаву або термічна обробка можуть регулювати температуру, при якій нітинол запам'ятовує свою високотемпературну форму. Призначення обладнання визначає обрану вами температуру переходу. Наприклад, якщо ви створюєте медичний пристрій (наприклад, стент), ви повинні вибрати температуру переходу, яка близька або дорівнює температурі людського тіла.
Які єпрактичні застосуваннянітинолу?
Інженери-робототехніки часто використовують нітинол як виконавчий механізм. У цьому випадку вони застосували електричний струм (або тепло) до натягнутого нітинолового дроту. Дріт стискається під час заряджання та розслабляється після припинення заряджання. На відміну від більшості металів, нітинол зменшується в довжину при нагріванні, але зберігає той самий абсолютний об’єм. Крім того, його термічний рух у 100 разів більший, ніж у інших металів.
Прикладом термічної розмірної усадки сплавів NiTi є кістяні цвяхи. Скоби роз’єднують і вставляють у два отвори в кістці, а потім нагрівають, щоб відновити початкову форму. Ця техніка ефективно стягує дві частини разом і утримує їх на місці під час процесу загоєння.
Іншим прикладом є стент, який охолоджується та механічно стискається, щоб підходити до катетера малого діаметра, вставленого у вену. Після розміщення стент вивільняється з утримуючої втулки та повертається до своєї початкової форми після досягнення температури тіла, утримуючи артерію відкритою.
Щоб досягти еластичного розгортання, дріт з нітинолу механічно утримується на місці за допомогою затискачів, а потім нагрівається при певній температурі та час у киплячій ванні з подальшим швидким зануренням у холодну воду. Після зняття із затискача дріт зберігає свою форму незалежно від кута чи інтенсивності деформації. Після відпускання дріт повертається до запрограмованої форми. Є багато практичних прикладів цього застосування, наприклад позиціонер голки/нитки Homer Mammalok. Пристрій пропускає вигнутий дріт через пряму канюлю, а після витягування він повертається до початкової форми «J». Користувачі можуть повторювати цей процес десятки разів, не деформуючи дроти.
Які є деякі поширенівикликипри використанні нітинолу?
Однією з проблем під час роботи з Nitinol є визначення найкращого способу з’єднання одного дроту з іншим. Залежно від фази, дроти можуть бути дуже еластичними або дуже жорсткими, що ускладнює їх пайку або склеювання. Один із методів передбачає використання інших матеріалів, таких як нержавіюча сталь, для механічного стискання проводів. Потім ці гофри можна приварити TIG до інших компонентів для створення бажаного кінцевого продукту.