Nitinol je legura metala sa jedinstvenim svojstvima i upotrebom. Ova magična metalna legura može "zapamtiti" ili promijeniti oblik u zavisnosti od temperature. Evo nekoliko stvari koje biste trebali znati prije nego što odlučite da li ćete koristiti Nitinol u dizajnu svog medicinskog uređaja.
Kako je biloRazvijen je nitinol?
Nitinol je nastao greškom 1959. godine. Naučnici razvijaju leguru koja je otporna na toplotu i koroziju, a pritom su stvorili leguru od 55% nikla i 45% titanijuma. Ime predstavlja njegov elementarni sastav i porijeklo. "Ni" i "Ti" su atomski simboli za nikl i titanijum, a "NOL" označava Laboratoriju za pomorsku ordinaciju, laboratoriju u kojoj je otkriven.
Gdje jeKorišćen nitinol?
Nitinol postoji od ranih 1960-ih, ali je komercijaliziran tek 20 godina kasnije zbog stroge kontrole potrebne tokom procesa proizvodnje. Od tada je postao važan materijal za robotiku i medicinske uređaje. Nitinol je superelastičan (10 puta elastičniji od drugih metala) i njegova svojstva termičke memorije oblika su različita od bilo kojeg drugog dostupnog materijala.
Nitinol se često koristi u aplikacijama sa ograničenim prostorom kada se tradicionalni mehanizmi ne mogu instalirati. Jedna takva aplikacija zahtijeva da se uređaj ili struktura umetne u mali otvor, a zatim pusti da se otvori do veće veličine. Komprimirana nitinol žica ili struktura se umetne u malu cijev za isporuku i zatim se postavi na svoje mjesto. Jednom postavljena, struktura nitinola raste u veličini na nekoliko puta veći od promjera cijevi za isporuku.
Kako radiNiTi rad?
Jedno od najvrednijih svojstava Nitinola je dvosmjerni efekat memorije oblika. Ovaj efekat memorije oblika nastaje kada metal prolazi kroz reverzibilnu faznu transformaciju između austenitne i martenzitne faze. Atomi metala su raspoređeni u specifične strukture na osnovu njihovog sastava, ali rijetko mijenjaju strukturni oblik kada su u čvrstom stanju.
Na visokim temperaturama, metali ulaze u austenitnu fazu. U ovoj fazi postiže maksimalnu krutost i savija se poput opruge. Metali ulaze u martenzitnu fazu na niskim temperaturama. U ovoj fazi, metal je elastičan i lako se savija. Kada je Nitinol u svom martenzitnom obliku, lako se može 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 termičkoj obradi mogu podesiti temperaturu na kojoj Nitinol pamti svoj visokotemperaturni oblik. Namjena opreme određuje temperaturu prijelaza koju odaberete. Na primjer, ako pravite medicinski uređaj (kao što je stent), odabrali biste temperaturu prijelaza koja je blizu ili jednaka temperaturi ljudskog tijela.
Sta supraktične primjeneod nitinola?
Inženjeri robotike često koriste Nitinol kao pokretač. U ovom slučaju, primijenili su električnu struju (ili toplinu) na istegnutu nitinolnu žicu. Žica se skuplja tokom punjenja i opušta nakon prestanka punjenja. Za razliku od većine metala, Nitinol se smanjuje po dužini kada se zagrije, ali zadržava isti apsolutni volumen. Osim toga, njegovo termalno kretanje je 100 puta veće od ostalih metala.
Nokti kostiju primjer su termičkog skupljanja NiTi legura. Spajalice se rastavljaju i ubacuju u dvije rupe na kosti, a zatim se zagrijavaju kako bi se povratio izvorni oblik. Ova tehnika efikasno povlači dva dela zajedno i drži ih na mestu tokom procesa zarastanja.
Drugi primjer je stent, koji se hladi i mehanički stisne da stane kateter malog prečnika umetnut u venu. Jednom postavljen, stent se oslobađa iz rukavca i vraća se u prvobitni oblik kada dostigne tjelesnu temperaturu, držeći arteriju otvorenom.
Da bi se postiglo elastično raspoređivanje, nitinol žica se mehanički drži na mjestu pomoću stezaljki, a zatim se zagrijava na definiranoj temperaturi i vremenu u kupelji s fluidiziranom temperaturom, nakon čega slijedi brzo uranjanje u hladnu vodu. Jednom uklonjena iz stezaljke, žica zadržava svoj oblik bez obzira na ugao ili intenzitet deformacije. Kada se otpusti, žica se vraća u svoj programirani oblik. Postoji mnogo praktičnih primjera ove primjene, kao što je Homer Mammalok pozicioner igle/konaca. Uređaj provlači zakrivljenu žicu kroz ravnu kanilu, a nakon izvlačenja se ponovo savija u svoj izvorni "J" oblik. Korisnici mogu ponoviti ovaj proces desetine puta bez deformisanja žica.
Šta su neke uobičajeneizazovikada koristite Nitinol?
Jedan izazov pri radu s Nitinolom je određivanje najboljeg načina za povezivanje jedne žice s drugom. Ovisno o njihovoj 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 krimpi se zatim mogu TIG zavariti na druge komponente kako bi se stvorio željeni krajnji proizvod.