镍钛诺的独特性能使其成为医疗器械行业的宠儿。一种将镍钛合金与其他金属管机械连接的新技术可以降低成本并降低风险。
马克BroadleyViant
镍钛诺已经彻底改变了医疗器械行业。镍钛合金具有灵活的超弹性、形状记忆和生物相容性,已成为医疗设备的首选材料。
但这种镍钛合金也不是没有缺点。首先,它的成本相对较高。因此,虽然全镍钛合金设备可能满足性能要求,但从成本角度来看,它可能并不实用。因此,医疗设备设计人员可能会为需要灵活性的特定组件指定镍钛合金,并为相邻组件指定另一种材料,如不锈钢。
但这是第二个缺点:镍钛合金很难焊接或焊接,无论是与自身还是与其他材料。目前,如果你想将镍钛合金焊接到不锈钢上,你需要一种与两种材料兼容的替代材料的中间成分。对于更简单的产品形式,如电线,这可能是一个具有成本效益的方法。但对于像油管这样更复杂的产品形式,中间组件的成本和交货时间,以及更复杂的油管焊接方法,使这种方法不那么有吸引力。
新型连接技术
在Viant,我们开发了一种新技术(正在申请专利),可以机械地将镍钛合金与其他激光切割金属(通常是不锈钢)连接起来。
让我们先打个比方。小时候,你玩过一种颜色鲜艳的竹制小圆筒,叫做“中国手指夹子”吗?你把食指放在圆柱体的两端,当你试图把它们拉出来时,它只会把陷阱拉得更紧。(你可以把两端往中间推,这样两端就变大了,手指就可以松开了。)
同样的原理也适用于这种拼图切割管连接技术。我们在镍钛诺管的末端周围切割了一些裂片,并在不锈钢管的末端周围切割了一个互补大小和几何形状的裂片。当我们将镍钛诺叶推入相应的不锈钢叶之间的间隙时,镍钛诺叶会弹回之前的形状,机械地接合并锁定关节,就像连接相互锁住的拼图块,或者像夹住手指的手指夹。它的快速和容易组装,与一个令人满意的snap。
的好处吗?首先,通过将镍钛合金限制在仅依赖其性能特征的组件中,可以节省成本。其次,消除了中间组件的成本,以及激光焊接和相关的验证过程,从而降低了风险。第三,你将不同材料的管子连接在一起,而不需要密封护套或对准电线。这允许一个低调的连接,不会阻碍内部腔,以便它可以容纳额外的设备功能的电线。
在技术考虑方面,镍钛合金管具有均匀的壁厚,以避免在弯曲时旋转时“鞭打”是至关重要的。我们对镍钛合金管材进行100%超声波检查,以确保管材周长壁厚均匀。此外,焊接不锈钢管在制造过程中进行冷加工和退火,以确保周边尺寸和力学性能均匀。
材料强度也是设计考虑因素之一。如果接头是为拉伸载荷设计的,那么在管中有足够的强度来承受镍钛合金和不锈钢片中的载荷是很重要的。这可以通过对设计的部件进行FEA分析来评估,并通过功能设备测试来确认,以确保其满足机械要求。
应用程序
当我们开发这项技术时,我们一直在与一位客户合作,研发一种机器人辅助的腕式内窥镜设备。该设计涉及一个镍钛合金驱动器,它通过手腕将机器人设备的运动传递给用于操作的工具。当我们定价镍钛合金驱动系统时,由于长镍钛合金驱动管的高成本,成本令人望而却步。所以我们想,如果我们能把镍钛合金和另一种更经济的材料结合起来,比如不锈钢,同时只在手腕上保留镍钛合金,我们就能节省成本。我们估计,使用这种拼图切割连接技术将降低30%的设备成本。
这种技术还可以用于需要弯曲但也需要通过弯曲位置进行张力或扭转驱动的设备,用于需要绕过拐角的骨科驱动器,或用于可以传递扭矩的柔性驱动器。另一种应用是基于导管的产品,该产品具有灵活的部分,使用户能够在弯曲或弯曲处表达。将镍钛诺限制在需要灵活性的部分,而不是在整个设备长度上使用它,可以节省成本。
我们最初开发的这种机械接头集中在一个基本的对称凸瓣设计上,与推合组装方法一致,切割成薄壁管。具有倾斜凸瓣几何形状的交替凸瓣设计,与推扭组合一致,可以使关节向首选方向传递更多扭矩。具有较厚管壁的交替管设计将增加在张力和扭矩下的关节强度,以及倾向于使关节错位的力。
Mark Broadley是Viant的产品解决方案总监。他为公司运营和金属管应用的商业团队提供技术支持。
本文仅代表作者个人观点,并不代表医疗设计外包公司或其员工的观点。