Что будет дальше с нитиноловыми трубками?

2 июля 2020 г. Автор: Нэнси Кротти

Уникальные свойства нитинола сделали его любимцем индустрии медицинского оборудования. Новая технология механического соединения нитинола с другими металлическими трубками может снизить стоимость и снизить риск.

Марк Бродли, Viant

(Изображение предоставлено Виантом)

Нитинол произвел революцию в индустрии медицинского оборудования. Благодаря своей гибкой сверхэластичности, памяти формы и биосовместимости нитинол стал популярным материалом для медицинских устройств.

Но этот сплав никеля и титана не лишен недостатков. Во-первых, это относительно дорого. Таким образом, хотя полностью нитиноловое устройство может соответствовать требованиям к производительности, оно может оказаться непрактичным с точки зрения стоимости. В результате разработчики медицинских устройств могут использовать нитинол для конкретного компонента, которому необходима гибкость, и использовать другой материал, например нержавеющую сталь, для прилегающих компонентов.

Но это второй недостаток: нитинол трудно паять или сваривать как с самим собой, так и с другими материалами. В настоящее время, если вы хотите сварить нитинол с нержавеющей сталью, вам нужен промежуточный компонент из альтернативного материала, совместимого с обоими материалами. Для более простых форм продукции, таких как проволока, это может быть экономически эффективным подходом. Но для более сложных форм продукции, таких как трубы, стоимость и время изготовления промежуточного компонента, а также более сложный метод сварки труб делают этот подход менее привлекательным.

В компании Viant мы разработали новую технологию (запатентована) для механического соединения нитинола с другими металлами, полученными лазерной резкой — обычно с нержавеющей сталью.

Начнем с аналогии. В детстве вы когда-нибудь играли с маленьким цилиндром из яркого плетеного бамбука, который назывался «китайская ловушка для пальцев»? Вы вставляете указательные пальцы в каждый конец цилиндра, а когда пытаетесь их вытащить, ловушка только затягивается. (Вы избежите ловушки, сдвинув концы к середине, что увеличит концы и освободит ваши пальцы.)

Тот же принцип работает и в этой технике соединения трубок с помощью пазла. Мы вырезаем несколько лепестков по окружности конца нитиноловой трубки и вырезаем лепестки дополняющего размера и геометрии вокруг конца трубки из нержавеющей стали. Когда мы вставляем нитиноловые лепестки в промежутки между соответствующими лепестками из нержавеющей стали, нитиноловые лепестки возвращаются к своей прежней форме, механически вступая в контакт и фиксируя соединение, как соединение взаимосвязанных частей головоломки или как ловушка для пальцев, удерживающая ваши пальцы. Он быстро и легко собирается, имеет приятные защелки.

Выгоды? Во-первых, вы экономите средства, ограничивая использование нитинола в своей конструкции только теми компонентами, которые зависят от его эксплуатационных характеристик. Во-вторых, вы исключаете затраты на промежуточный компонент, а также на лазерную сварку и связанный с ней процесс проверки, что снижает риск. И в-третьих, вы соединяете вместе трубки из разных материалов без защитной оболочки или выравнивания проводов. Это обеспечивает низкопрофильное соединение, которое не загораживает внутренний просвет и позволяет разместить провод для дополнительных функций устройства.

С технической точки зрения очень важно, чтобы нитиноловая трубка имела одинаковую толщину стенок, чтобы избежать «хлыста» при вращении и изгибе. Мы проводим 100% ультразвуковой контроль нитиноловых трубок, чтобы обеспечить равномерную толщину стенок по окружности. Кроме того, сварные трубы из нержавеющей стали подвергаются холодной обработке и отжигу в процессе производства, чтобы обеспечить однородность размеров и механических свойств по всей окружности.

Прочность материала также является важным фактором при проектировании. Если соединение рассчитано на растягивающую нагрузку, важно иметь достаточную прочность трубки, чтобы выдержать нагрузку как на нитиноловые, так и на кулачки из нержавеющей стали. Это можно оценить, выполнив анализ FEA спроектированного компонента и подтвердив его функциональным тестированием устройства, чтобы убедиться, что оно соответствует механическим требованиям.

Когда мы разрабатывали эту технологию, мы работали с клиентом над роботизированным наручным эндоскопическим устройством. В конструкции использовался нитиноловый привод, который передает движение от роботизированного устройства через запястье к инструментам, используемым для работы. Когда мы оценивали нитиноловую приводную систему, ее стоимость была непомерно высокой из-за высокой стоимости длинной нитиноловой приводной трубки. Поэтому мы подумали, что если мы сможем соединить нитинол с другим, более экономичным материалом, например, с нержавеющей сталью, сохранив при этом нитинол только на запястье, мы сможем сэкономить затраты. По нашим оценкам, использование этой техники соединения пазлов позволило бы снизить стоимость устройства на 30%.