Esta investigación se concentra en dar a conocer la aleación de titanio yníquel llamada "NITINOL "con la importancia de que esta aleacióntiene mucho valor en diferentes campos de uso de metales dado que tiene laspropiedades de regresar a su forma original debido a la transformaciónmartensítica termoplástica entre una fase austenítica y una fase martensítica,es de gran flexibilidad, tiene biocompatibilidad con el ser humano y no escorrosivo.
También cabe destacar que esta aleación tiene algún tiempo de haber sidodescubierta, sin embargo en lo que se ha estudiado se han encontradoaplicaciones en las que los resultados han sido favorables y satisfactorios,como por ejemplo: En la odontología (brakets), medicina (stents, prótesiscardiovasculares), robótica.
INTRODUCCIÓN
Breve historia del NITINOL
El efecto de esta aleación no es nuevo. Ya desde 1932 un investigador suizollamado Arne Olander observó este cambio de forma en una aleación de oro concadmio, y se dio cuenta del potencial que tenía ésta para lograr un movimientoutilizable. En 1950 L. C. Chang y T.A. Read, en la universidad de Columbia enNueva York, utilizaron rayo X para estudiar la estructura cristalina de laaleación.
Sin embargo, no se llegó a comercializar popularmente debido alelevado pecio de los elementos de la aleación.
En 1961, mientras investigaban aleaciones resistente a las corrosión paraembarcaciones, un equipo dirigido por William Beuhler, en el U.S. NavalOrdenance Laboratory(N.O.L.) encontraron este mismo efecto en una aleación deníquel con titanio.
Ellos llamaron a esta aleación "Nitinol"
(combinaron las letras de Níquel, Titanio y Naval Ordenance Laboratory.)
Durante los 60s y 70s, se observó este mismo efecto en otras aleaciones másy empezó a producirse comercialmente en muchas formas distintas: laminas,alambre, cintas, discos y empezaron por fin a aparecer multitud de aplicacionescomerciales para las mismas.
La aleación de niqueltitanio
puede volver a una forma fija
no importando que se haya
encorvado o retorcido, actualmente
su funcionalidad es utilizada para
fabricar stents, prótesis biomédicas
para evitar la obstrucción vascular.
Desarrollo
Características físicas del Nitinol.
· Velocidad de respuesta.
Su velocidad de respuesta es muy variable:
Debido a que se contraen cuandosu temperatura llega a cierta temperatura de activación predefinida de fábrica,alambres muy delgados son capaces de contraerse en una décima o centésima partede un segundo.
Sin embargo, para relajarse de nuevo necesitan enfriarse, locual depende de la temperatura ambiente.
Se puede llegar a tener varios ciclospor segundo con alambres delgados (50 micrómetros de diámetro) o un ciclo cadatres o cuatro segundos si el alambre es muy grueso y hace calor.
Como regla general, las aleaciones con memoria de forma se contraen MUYrápido, pero suelen tomarse el doble o triple de tiempo para relajarse de nuevo
· Posee una gran capacidad para halar un objeto escapaz de levantar miles de veces su propio peso–; se mueve suave ysilenciosamente, y de manera similar a los músculos reales.
· El calentamiento del material se obtiene mediantela circulación de una corriente eléctrica a través del mismo; de este modo elNitinol transforma el calor inducido en movimiento mecánico, que es resultadode los cambios en su estructura cristalina interna.
· Se necesita aplicar una contra fuerza alNitinol, para retornarla a su estructura cristalina original. Aunque conNitinol es de dos memorias de forma, esto sería en parte solucionado.
· El Nitinol tiene una vida útil que depende de lamagnitud de la contra fuerza que se le aplica en su ciclo de operación. Si sele impone una contra fuerza muy alta, tiene una duración de algunos cientos deciclos. Pero si es utilizado en rangos normales de operación, tiene una vidaútil de cientos de miles de ciclos.
Otras características
Depende del grosor del alambre.
Esa resistencia con que jalan se llama"Fuerza de Recuperación", y puede ser desde 5 gramos para el hilo de50 micrómetros de diámetro, hasta 930 gramos (casi un kilo) para el hilo de 150micrómetros, y puedes utilizar varios hilos en paralelo para obtener másfuerza.
Existe además una fuerza que se llama "resistencia a ladeformación".
Es la fuerza que se ocupa para estirar otra vez el alambrecuando ya se ha enfriado.
Esta fuerza es casi siempre alrededor de una sextaparte de la fuerza que realiza el alambre cuando se contrae.
Por ejemplo, elalambre de 100 micrómetros se contrae con una fuerza de 150 gramos, y a su vezrequiere de una fuerza de 28 gramos para volver a estirarse cuando ya se haenfriado.
· Punto de fusión 1.250° C
· Resistencia eléctrica 0,5 ohm/cm. (alambre.006"
Aplicaciones
Las aplicaciones de los materiales con memoria de forma, son en la industria,pero su aportación más apreciable es en el mundo de la medicina.
Lacaracterística más importante para las aplicaciones médicas es que el Nitinolpresenta compatibilidad y no genera rechazo en el cuerpo humano.
Por ejemplo,se han usado alambres de Nitinol para construir microbombas que puedenreemplazar funciones del corazón o de los riñones, también para descongestionararterias obstruidas y además son muy utilizados en la ortodoncia.
También se encuentra en:
Aplicaciones espaciales (para liberar satéliteso para enviar antenas de forma compacta que, al llegar al espacio, recuperan suforma original extendida).
· Robots.
· Aplicaciones submarinas (ya que el Nitinol no seoxida con el agua de mar).
· En el mundo de los efectos especiales (trucos demagia).
Biocompatibilidad
Dicha aleación de metal es compatible con el cuerpo humano dado que no escorrosivo de ahí surge el interés en la medicina por esta innovadora aleaciónporque no intoxica al cuerpo humano y es ideal para el uso de prótesis.
Medicina
Esta aleación interesa mucho en la medicina dado que sus propiedadespermiten que sea utilizado en diferentes instrumentos médicos facilitando laactividad de los mismos.
Stent:
un stent cardiovascular es un dispositivo de forma más omenos tubular que se introduce en las arterias coronarias cuando éstas seencuentran obstruidas. Su colocación permite que la arteria permanezca abiertay así se pueda normalizar la circulación sanguínea.
Su introducción se realiza mediante una intervención simple llamadaangioplastia.
Pero si la obstrucción se produce en más de dos arterias o se continuaproduciendo después de la introducción del stent, éste dispositivo deja de serútil y la intervención más recomendad es un bypass coronario.
Bypass
Uno de los aspectos más complicados de la operación en la que hay que unirun injerto venoso o arterial al vaso coronario enfermo es la unión vascular quese realiza en el extremo sano de la arteria coronaria, para crear un puentesobre la parte afectada por arterosclerosis.
Se estudia desde hace varios años la utilización de elementos de Nitinol eneste tipo de investigaciones.
Los bypass, un tubo achatado y en forma dehorqueta, se introducen en la arteria a través de una pequeña incisiónrealizada en la misma.
Una vez adentro los anillos de Nitinol recobran su formaoriginal y el tubo se abre con la temperatura que exista en el interior de losvasos.
Después, el cirujano sutura el tubo a través de la incisión, de maneraque uno de los extremos quede saliente. Entonces, la arteria sana se coloca eneste extremo y se ajusta con otro anillo de Nitinol.
Cura de fracturas.
Gracias a la propiedad de memoria de forma que posee el Nitinol se puedeutilizar para ayudar a la compresión de huesos rotos, lo que puede reducir el tiempode recuperación y mejorar la fusión del hueso.
Es muy común que los cirujanos traten ciertas fracturas enrollando cablealrededor del hueso para empujar a las piezas sueltas y hacer que se unan.
Ortodoncia
El alambre sentalloy de nitinol añade a las propiedades típicas de laaleación de níquel- titanio una gran elasticidad, lo que supone una granventaja dentro de las aplicaciones de ortodoncia.
A baja temperatura losalambres y accesorios sentalloy son blandos, flexibles y fáciles de colocar.
Lamemoria de forma y la gran elasticidad se activan exactamente a 37.25 °C. Y elalambre vuelva a la forma original del arco preformado con una fuerza suave yconstante.
La fuerza provoca el movimiento fisiológico ideal del diente sin quese rompa el alambre y con pocos cambios del mismo. De esta forma se reduce lanecesidad de cambios de alambre de Nitinol usados con fines de ortodoncia.
Alambres musculares
Actualmente se siguen buscando nuevas tecnologías para el desarrollo demecanismos, entre éstas se encuentra la aleación Nitinol, que es una nueva tecnologíade actuador inteligente.
Por otro lado, las aleaciones con memoria de forma son pequeñas y muyfuertes.
Estos materiales inteligentes presentan una excelente alternativa a losactuadores convencionales, con una fuerza de actuación muy alta, equivalente ala de los actuadores hidráulicos, proporcionalmente su peso, carentes de sistemasde lubricación y no requieren de mantenimiento constante. Esta material poseeuna gran capacidad para halar un objeto.
Uno de las principales aplicaciones del Nitinol aparte dela medicina es en la robótica y el factor que lo hace más interesante es subaja conductividad eléctrica a pesar de ser una aleación de metal. Mariposaanimatrónica con músculos de alambre.
Conclusión
Actualmente el uso de materiales más resistentes y más baratos es de sumaimportancia dado que las personas sienten la necesidad por estar innovandodispositivos o herramientas que nos puedan hacer tener una mejor calidad de vidacomo por ejemplo en las prótesis médicas .El Nitinol hoy en día es un materialsumamente importante en la medicina como en la robótica por las característicasya antes mencionadas, este material aún puede tener más desarrollo a medida quesu precio disminuya al igual que se descubran nuevas aplicaciones.
Bibliografía utilizada para este post
· http://www.metalactual.com/revista/15/aleaciones_con_memoria.pdf
· http://www.espatentes.com/pdf/2066728_a1.pdf
· http://www.ing.unlp.edu.ar/quimica/memoria.htm
También cabe destacar que esta aleación tiene algún tiempo de haber sidodescubierta, sin embargo en lo que se ha estudiado se han encontradoaplicaciones en las que los resultados han sido favorables y satisfactorios,como por ejemplo: En la odontología (brakets), medicina (stents, prótesiscardiovasculares), robótica.
INTRODUCCIÓN
Breve historia del NITINOL
El efecto de esta aleación no es nuevo. Ya desde 1932 un investigador suizollamado Arne Olander observó este cambio de forma en una aleación de oro concadmio, y se dio cuenta del potencial que tenía ésta para lograr un movimientoutilizable. En 1950 L. C. Chang y T.A. Read, en la universidad de Columbia enNueva York, utilizaron rayo X para estudiar la estructura cristalina de laaleación.
Sin embargo, no se llegó a comercializar popularmente debido alelevado pecio de los elementos de la aleación.
En 1961, mientras investigaban aleaciones resistente a las corrosión paraembarcaciones, un equipo dirigido por William Beuhler, en el U.S. NavalOrdenance Laboratory(N.O.L.) encontraron este mismo efecto en una aleación deníquel con titanio.
Ellos llamaron a esta aleación "Nitinol"
(combinaron las letras de Níquel, Titanio y Naval Ordenance Laboratory.)
Durante los 60s y 70s, se observó este mismo efecto en otras aleaciones másy empezó a producirse comercialmente en muchas formas distintas: laminas,alambre, cintas, discos y empezaron por fin a aparecer multitud de aplicacionescomerciales para las mismas.
La aleación de niqueltitanio
puede volver a una forma fija
no importando que se haya
encorvado o retorcido, actualmente
su funcionalidad es utilizada para
fabricar stents, prótesis biomédicas
para evitar la obstrucción vascular.
Desarrollo
Características físicas del Nitinol.
· Velocidad de respuesta.
Su velocidad de respuesta es muy variable:
Debido a que se contraen cuandosu temperatura llega a cierta temperatura de activación predefinida de fábrica,alambres muy delgados son capaces de contraerse en una décima o centésima partede un segundo.
Sin embargo, para relajarse de nuevo necesitan enfriarse, locual depende de la temperatura ambiente.
Se puede llegar a tener varios ciclospor segundo con alambres delgados (50 micrómetros de diámetro) o un ciclo cadatres o cuatro segundos si el alambre es muy grueso y hace calor.
Como regla general, las aleaciones con memoria de forma se contraen MUYrápido, pero suelen tomarse el doble o triple de tiempo para relajarse de nuevo
· Posee una gran capacidad para halar un objeto escapaz de levantar miles de veces su propio peso–; se mueve suave ysilenciosamente, y de manera similar a los músculos reales.
· El calentamiento del material se obtiene mediantela circulación de una corriente eléctrica a través del mismo; de este modo elNitinol transforma el calor inducido en movimiento mecánico, que es resultadode los cambios en su estructura cristalina interna.
· Se necesita aplicar una contra fuerza alNitinol, para retornarla a su estructura cristalina original. Aunque conNitinol es de dos memorias de forma, esto sería en parte solucionado.
· El Nitinol tiene una vida útil que depende de lamagnitud de la contra fuerza que se le aplica en su ciclo de operación. Si sele impone una contra fuerza muy alta, tiene una duración de algunos cientos deciclos. Pero si es utilizado en rangos normales de operación, tiene una vidaútil de cientos de miles de ciclos.
Otras características
Depende del grosor del alambre.
Esa resistencia con que jalan se llama"Fuerza de Recuperación", y puede ser desde 5 gramos para el hilo de50 micrómetros de diámetro, hasta 930 gramos (casi un kilo) para el hilo de 150micrómetros, y puedes utilizar varios hilos en paralelo para obtener másfuerza.
Existe además una fuerza que se llama "resistencia a ladeformación".
Es la fuerza que se ocupa para estirar otra vez el alambrecuando ya se ha enfriado.
Esta fuerza es casi siempre alrededor de una sextaparte de la fuerza que realiza el alambre cuando se contrae.
Por ejemplo, elalambre de 100 micrómetros se contrae con una fuerza de 150 gramos, y a su vezrequiere de una fuerza de 28 gramos para volver a estirarse cuando ya se haenfriado.
· Punto de fusión 1.250° C
· Resistencia eléctrica 0,5 ohm/cm. (alambre.006"
Aplicaciones
Las aplicaciones de los materiales con memoria de forma, son en la industria,pero su aportación más apreciable es en el mundo de la medicina.
Lacaracterística más importante para las aplicaciones médicas es que el Nitinolpresenta compatibilidad y no genera rechazo en el cuerpo humano.
Por ejemplo,se han usado alambres de Nitinol para construir microbombas que puedenreemplazar funciones del corazón o de los riñones, también para descongestionararterias obstruidas y además son muy utilizados en la ortodoncia.
También se encuentra en:
Aplicaciones espaciales (para liberar satéliteso para enviar antenas de forma compacta que, al llegar al espacio, recuperan suforma original extendida).
· Robots.
· Aplicaciones submarinas (ya que el Nitinol no seoxida con el agua de mar).
· En el mundo de los efectos especiales (trucos demagia).
Biocompatibilidad
Dicha aleación de metal es compatible con el cuerpo humano dado que no escorrosivo de ahí surge el interés en la medicina por esta innovadora aleaciónporque no intoxica al cuerpo humano y es ideal para el uso de prótesis.
Medicina
Esta aleación interesa mucho en la medicina dado que sus propiedadespermiten que sea utilizado en diferentes instrumentos médicos facilitando laactividad de los mismos.
Stent:
un stent cardiovascular es un dispositivo de forma más omenos tubular que se introduce en las arterias coronarias cuando éstas seencuentran obstruidas. Su colocación permite que la arteria permanezca abiertay así se pueda normalizar la circulación sanguínea.
Su introducción se realiza mediante una intervención simple llamadaangioplastia.
Pero si la obstrucción se produce en más de dos arterias o se continuaproduciendo después de la introducción del stent, éste dispositivo deja de serútil y la intervención más recomendad es un bypass coronario.
Bypass
Uno de los aspectos más complicados de la operación en la que hay que unirun injerto venoso o arterial al vaso coronario enfermo es la unión vascular quese realiza en el extremo sano de la arteria coronaria, para crear un puentesobre la parte afectada por arterosclerosis.
Se estudia desde hace varios años la utilización de elementos de Nitinol eneste tipo de investigaciones.
Los bypass, un tubo achatado y en forma dehorqueta, se introducen en la arteria a través de una pequeña incisiónrealizada en la misma.
Una vez adentro los anillos de Nitinol recobran su formaoriginal y el tubo se abre con la temperatura que exista en el interior de losvasos.
Después, el cirujano sutura el tubo a través de la incisión, de maneraque uno de los extremos quede saliente. Entonces, la arteria sana se coloca eneste extremo y se ajusta con otro anillo de Nitinol.
Cura de fracturas.
Gracias a la propiedad de memoria de forma que posee el Nitinol se puedeutilizar para ayudar a la compresión de huesos rotos, lo que puede reducir el tiempode recuperación y mejorar la fusión del hueso.
Es muy común que los cirujanos traten ciertas fracturas enrollando cablealrededor del hueso para empujar a las piezas sueltas y hacer que se unan.
Ortodoncia
El alambre sentalloy de nitinol añade a las propiedades típicas de laaleación de níquel- titanio una gran elasticidad, lo que supone una granventaja dentro de las aplicaciones de ortodoncia.
A baja temperatura losalambres y accesorios sentalloy son blandos, flexibles y fáciles de colocar.
Lamemoria de forma y la gran elasticidad se activan exactamente a 37.25 °C. Y elalambre vuelva a la forma original del arco preformado con una fuerza suave yconstante.
La fuerza provoca el movimiento fisiológico ideal del diente sin quese rompa el alambre y con pocos cambios del mismo. De esta forma se reduce lanecesidad de cambios de alambre de Nitinol usados con fines de ortodoncia.
Alambres musculares
Actualmente se siguen buscando nuevas tecnologías para el desarrollo demecanismos, entre éstas se encuentra la aleación Nitinol, que es una nueva tecnologíade actuador inteligente.
Por otro lado, las aleaciones con memoria de forma son pequeñas y muyfuertes.
Estos materiales inteligentes presentan una excelente alternativa a losactuadores convencionales, con una fuerza de actuación muy alta, equivalente ala de los actuadores hidráulicos, proporcionalmente su peso, carentes de sistemasde lubricación y no requieren de mantenimiento constante. Esta material poseeuna gran capacidad para halar un objeto.
Uno de las principales aplicaciones del Nitinol aparte dela medicina es en la robótica y el factor que lo hace más interesante es subaja conductividad eléctrica a pesar de ser una aleación de metal. Mariposaanimatrónica con músculos de alambre.
Conclusión
Actualmente el uso de materiales más resistentes y más baratos es de sumaimportancia dado que las personas sienten la necesidad por estar innovandodispositivos o herramientas que nos puedan hacer tener una mejor calidad de vidacomo por ejemplo en las prótesis médicas .El Nitinol hoy en día es un materialsumamente importante en la medicina como en la robótica por las característicasya antes mencionadas, este material aún puede tener más desarrollo a medida quesu precio disminuya al igual que se descubran nuevas aplicaciones.
Bibliografía utilizada para este post
· http://www.metalactual.com/revista/15/aleaciones_con_memoria.pdf
· http://www.espatentes.com/pdf/2066728_a1.pdf
· http://www.ing.unlp.edu.ar/quimica/memoria.htm