Нитинол — это металлический сплав с уникальными свойствами и применением. Этот волшебный металлический сплав может «запоминать» или менять форму в зависимости от температуры. Вот некоторые вещи, которые вам следует знать, прежде чем вы решите, использовать ли нитинол в конструкции вашего медицинского устройства.
Как былНитинол разработан?
Нитинол возник в результате ошибки 1959 года. Ученые разрабатывают сплав, термостойкий и устойчивый к коррозии, и в процессе создали сплав из 55% никеля и 45% титана. Название отражает его элементный состав и происхождение. «Ni» и «Ti» — атомные символы никеля и титана, а «NOL» означает Военно-морскую артиллерийскую лабораторию, лабораторию, в которой он был обнаружен.
ГдеНитинол б/у?
Нитинол существует с начала 1960-х годов, но коммерциализировать его удалось только 20 лет спустя из-за жесткого контроля, необходимого в процессе производства. С тех пор он стал важным материалом для робототехники и медицинских устройств. Нитинол сверхэластичен (в 10 раз более эластичен, чем другие металлы), а его свойства термической памяти формы не похожи ни на один другой доступный материал.
Нитинол часто используется в условиях ограниченного пространства, когда невозможно установить традиционные механизмы. Одно из таких приложений требует, чтобы устройство или конструкция была вставлена в небольшое отверстие, а затем отпущена, чтобы открыться до большего установленного размера. Сжатую нитиноловую проволоку или конструкцию вставляют в небольшую трубку доставки, а затем устанавливают на место. После развертывания нитиноловая структура увеличивается в размерах в несколько раз больше диаметра подающей трубки.
КакНити работа?
Одним из наиболее ценных свойств нитинола является эффект двусторонней памяти формы. Этот эффект памяти формы возникает, когда металл претерпевает обратимое фазовое превращение между аустенитной и мартенситной фазами. Атомы металлов организованы в определенные структуры в зависимости от их состава, но редко меняют структурную форму в твердом состоянии.
При высоких температурах металлы переходят в аустенитную фазу. На этом этапе он достигает максимальной жесткости и сгибается, как пружина. Металлы переходят в мартенситную фазу при низких температурах. На этом этапе металл кажется эластичным и легко гнётся. Когда нитинол находится в мартенситной форме, он может легко деформироваться, принимая новые формы. Однако при нагревании до температуры превращения он превращается в аустенит и восстанавливает свою прежнюю форму.
Небольшие изменения в составе сплава или термическая обработка могут регулировать температуру, при которой нитинол сохраняет свою высокотемпературную форму. Назначение оборудования определяет выбранную вами температуру перехода. Например, если вы изготавливаете медицинское устройство (например, стент), вам следует выбрать температуру перехода, близкую к температуре человеческого тела или равную ей.
Каковыпрактическое применениеиз нитинола?
Инженеры-робототехники часто используют нитинол в качестве привода. В этом случае они применили электрический ток (или тепло) к растянутой нитиноловой проволоке. Провод сжимается во время зарядки и расслабляется после прекращения зарядки. В отличие от большинства металлов, нитинол при нагревании сжимается в длину, но сохраняет тот же абсолютный объем. Кроме того, его тепловое движение в 100 раз больше, чем у других металлов.
Костные гвозди являются примером термической размерной усадки сплавов NiTi. Скобы раздвигаются и вставляются в два отверстия в кости, а затем нагреваются для восстановления первоначальной формы. Эта техника эффективно соединяет две части вместе и удерживает их на месте во время процесса заживления.
Другим примером является стент, который охлаждают и механически сжимают, чтобы он соответствовал катетеру малого диаметра, введенному в вену. После установки стент высвобождается из удерживающей втулки и возвращается к своей первоначальной форме при достижении температуры тела, сохраняя артерию открытой.
Для достижения эластичного развертывания нитиноловую проволоку механически удерживают на месте с помощью зажимов, а затем нагревают при определенной температуре и времени в ванне с псевдоожиженной температурой с последующим быстрым погружением в холодную воду. После снятия с зажима проволока сохраняет свою форму независимо от угла и интенсивности деформации. При отпускании проволока возвращается к запрограммированной форме. Существует множество практических примеров такого применения, например, позиционер иглы/нити Homer Mammalok. Устройство пропускает изогнутую проволоку через прямую канюлю, и после извлечения она снова сгибается, принимая первоначальную J-образную форму. Пользователи могут повторять этот процесс десятки раз, не деформируя провода.
Каковы некоторые общиевызовыпри использовании нитинола?
Одной из проблем при работе с нитинолом является определение наилучшего способа соединения одного провода с другим. В зависимости от фазы провода могут быть очень эластичными или очень жесткими, что затрудняет их пайку или склеивание. Один из методов предполагает использование других материалов, таких как нержавеющая сталь, для механического обжима проводов вместе. Эти обжимки затем можно приварить TIG к другим компонентам для получения желаемого конечного продукта.