O que vem a seguir para tubos de nitinol?

2 de julho de 2020 Por Nancy Crotti

As propriedades únicas do nitinol o tornaram o queridinho da indústria de dispositivos médicos. Uma nova técnica para unir mecanicamente nitinol a outros tubos de metal pode reduzir custos e mitigar riscos.

Mark Broadley, Viant

(Imagem cortesia de Viant)

O nitinol revolucionou a indústria de dispositivos médicos. Com sua superelasticidade flexível, memória de forma e biocompatibilidade, o nitinol tornou-se um material essencial para dispositivos médicos.

Mas esta liga de níquel/titânio tem suas desvantagens. Primeiro, é relativamente caro. Portanto, embora um dispositivo totalmente de nitinol possa atender aos requisitos de desempenho, pode não ser prático do ponto de vista de custo. Como resultado, os projetistas de dispositivos médicos podem especificar o nitinol para um componente específico que precisa de flexibilidade e especificar outro material, como aço inoxidável, para componentes adjacentes.

Mas essa é a segunda desvantagem: o nitinol é difícil de soldar ou soldar, tanto a si mesmo quanto a outros materiais. Atualmente, se você deseja soldar o nitinol ao aço inoxidável, precisa de um componente intermediário de um material alternativo compatível com os dois materiais. Para formas de produto mais simples, como arame, essa pode ser uma abordagem econômica. Mas para produtos mais complexos, como tubos, o custo e o prazo de entrega do componente intermediário, bem como o método mais complexo de soldagem de tubos, tornam essa abordagem menos atraente.

Na Viant, desenvolvemos uma nova técnica (patente pendente) para unir mecanicamente o nitinol a outros metais cortados a laser — geralmente aço inoxidável.

Vamos começar com uma analogia. Quando criança, você já brincou com um pequeno cilindro de bambu trançado de cores vivas chamado "armadilha de dedo chinesa"? Você coloca os dedos indicadores em cada extremidade do cilindro e, quando tenta puxá-los para fora, ele apenas aperta a armadilha. (Você escapa da armadilha empurrando as pontas para o meio, o que aumenta as pontas e libera os dedos.)

O mesmo princípio está em ação nesta técnica de junção de tubos de corte quebra-cabeça. Cortamos vários lóbulos ao redor da circunferência da extremidade do tubo de nitinol e cortamos lóbulos de tamanho e geometria complementares ao redor da extremidade do tubo de aço inoxidável. Quando empurramos os lóbulos de nitinol nos espaços entre os lóbulos de aço inoxidável correspondentes, os lóbulos de nitinol voltam à sua forma anterior para se encaixar mecanicamente e travar a junta, como conectar peças de quebra-cabeça interligadas ou como a armadilha de dedo segura seus dedos. É rápido e fácil de montar, com um encaixe satisfatório.

Os benefícios? Primeiro, você economiza custos limitando o nitinol em seu projeto apenas aos componentes que dependem de suas características de desempenho. Em segundo lugar, você elimina o custo do componente intermediário, bem como a soldagem a laser e o processo de verificação associado, o que reduz os riscos. E terceiro, você está unindo tubos de diferentes materiais sem uma bainha de contenção ou fios de alinhamento. Isso permite uma conexão de baixo perfil que não obstrui o lúmen interno para que possa acomodar um fio para funcionalidade adicional do dispositivo.

Em termos de considerações técnicas, é fundamental que o tubo de nitinol tenha uma espessura de parede uniforme para evitar "chicote" ao ser girado enquanto dobrado. Realizamos 100% de inspeção ultrassônica de tubos de nitinol para garantir espessura de parede uniforme ao redor da circunferência. Além disso, o tubo de aço inoxidável soldado é trabalhado a frio e recozido durante o processo de fabricação para garantir propriedades dimensionais e mecânicas homogêneas ao redor da circunferência.

A resistência do material também é uma consideração do projeto. Se uma junta for projetada para carga de tração, é importante ter resistência suficiente no tubo para suportar a carga nos lóbulos de nitinol e de aço inoxidável. Isso pode ser avaliado realizando uma análise FEA em um componente projetado e confirmado por testes de dispositivos funcionais para garantir que atenda aos requisitos mecânicos.

Quando estávamos desenvolvendo essa tecnologia, trabalhávamos com um cliente em um dispositivo endoscópico de pulso assistido por robótica. O projeto envolveu um atuador de nitinol que transmite o movimento de um dispositivo robótico através do pulso para as ferramentas usadas para operar. Quando avaliamos um sistema de atuação de nitinol, o custo era proibitivo devido ao alto custo do longo tubo de atuação de nitinol. Então pensamos que se pudéssemos unir o nitinol com outro material mais econômico, como o aço inoxidável, mantendo o nitinol apenas no pulso, poderíamos economizar custos. Estimamos que o uso dessa técnica de junção de quebra-cabeça reduziria o custo do dispositivo em 30%.