¿Qué sigue para los tubos de nitinol?

2 de julio de 2020 Por Nancy Crotti

Las propiedades únicas de Nitinol lo han convertido en el favorito de la industria de dispositivos médicos. Una técnica novedosa para unir mecánicamente nitinol a otros tubos metálicos podría reducir los costos y mitigar el riesgo.

Mark Broadley, Viant

(Imagen cortesía de Viant)

Nitinol ha revolucionado la industria de dispositivos médicos. Con su superelasticidad flexible, memoria de forma y biocompatibilidad, el nitinol se ha convertido en un material de referencia para dispositivos médicos.

Pero esta aleación de níquel/titanio no está exenta de inconvenientes. Primero, es relativamente costoso. Entonces, si bien un dispositivo de nitinol puede cumplir con los requisitos de rendimiento, puede no ser práctico desde el punto de vista del costo. Como resultado, los diseñadores de dispositivos médicos pueden especificar nitinol para un componente específico que necesita flexibilidad y especificar otro material, como acero inoxidable, para componentes contiguos.

Pero ese es el segundo inconveniente: el nitinol es difícil de soldar o soldar, tanto consigo mismo como con otros materiales. Actualmente, si desea soldar nitinol a acero inoxidable, necesita un componente intermedio de un material alternativo que sea compatible con ambos materiales. Para formas de productos más simples como el alambre, este puede ser un enfoque rentable. Pero para formas de productos más complejas como tubos, el costo y el tiempo de entrega del componente intermedio, así como el método de soldadura de tubos más complejo, hacen que este enfoque sea menos atractivo.

En Viant, hemos desarrollado una técnica novedosa (pendiente de patente) para unir mecánicamente nitinol a otros metales cortados con láser, comúnmente, acero inoxidable.

Comencemos con una analogía. De niño, ¿alguna vez jugaste con un pequeño cilindro de bambú tejido de colores brillantes llamado "trampa china para dedos"? Pones tus dedos índices en cada extremo del cilindro, y cuando intentas sacarlos, solo aprieta la trampa. (Escapas de la trampa empujando los extremos hacia el centro, lo que agranda los extremos y libera los dedos).

El mismo principio funciona en esta técnica de unión de tubos con corte de rompecabezas. Cortamos varios lóbulos alrededor de la circunferencia del extremo del tubo de nitinol y cortamos lóbulos de un tamaño y geometría complementarios alrededor del extremo del tubo de acero inoxidable. Cuando empujamos los lóbulos de nitinol en los espacios entre los lóbulos de acero inoxidable correspondientes, los lóbulos de nitinol vuelven a su forma anterior para acoplarse mecánicamente y bloquear la unión, como si se conectaran piezas de rompecabezas entrelazadas o como si la trampa para dedos sujetara los dedos. Es rápido y fácil de montar, con un chasquido satisfactorio.

¿Los beneficios? Primero, ahorra costos al limitar el nitinol en su diseño solo a los componentes que dependen de sus características de rendimiento. En segundo lugar, elimina el costo del componente intermedio, así como la soldadura láser y el proceso de verificación asociado, lo que mitiga el riesgo. Y tercero, está uniendo tubos de diferentes materiales sin una funda de contención ni cables de alineación. Esto permite una conexión de bajo perfil que no obstruye el lumen interno para que pueda acomodar un cable para la funcionalidad adicional del dispositivo.

En términos de consideraciones técnicas, es fundamental que el tubo de nitinol tenga un grosor de pared uniforme para evitar "golpes" cuando se gira mientras se dobla. Realizamos una inspección 100 % ultrasónica de los tubos de nitinol para garantizar un espesor de pared uniforme alrededor de la circunferencia. Además, la tubería de acero inoxidable soldada se trabaja en frío y se recoce durante el proceso de fabricación para garantizar propiedades dimensionales y mecánicas homogéneas alrededor de la circunferencia.

La resistencia del material también es una consideración de diseño. Si una junta está diseñada para carga de tracción, es importante tener suficiente resistencia en el tubo para soportar la carga en los lóbulos de nitinol y acero inoxidable. Esto se puede evaluar mediante la realización de un análisis FEA en un componente diseñado y confirmado mediante pruebas funcionales del dispositivo para garantizar que cumpla con los requisitos mecánicos.

Cuando estábamos desarrollando esta tecnología, habíamos estado trabajando con un cliente en un dispositivo endoscópico de muñeca asistido por robot. El diseño involucró un actuador de nitinol que transmite movimiento desde un dispositivo robótico a través de la muñeca hasta las herramientas utilizadas para operar. Cuando descontamos el precio de un sistema de activación de nitinol, el costo era prohibitivo debido al alto costo del largo tubo de activación de nitinol. Así que pensamos que si podíamos unir el nitinol con otro material que fuera más rentable, como el acero inoxidable, manteniendo el nitinol solo en la muñeca, podríamos ahorrar costos. Estimamos que el uso de esta técnica de unión de corte de rompecabezas habría reducido el costo del dispositivo en un 30%.

Esta técnica también se podría usar para dispositivos que necesitan flexión pero también necesitan accionamiento de tensión o torsión a través de una ubicación de flexión, para accionamientos ortopédicos que requieren doblar esquinas o para un accionamiento flexible que puede transmitir torsión. Otra aplicación son los productos a base de catéteres que tienen una sección flexible para permitir que el usuario se articule alrededor de un codo o una curva. Limitar el nitinol solo a la sección que necesita flexibilidad, en lugar de usarlo en toda la longitud del dispositivo, ahorra costos.

Nuestro desarrollo inicial de esta junta mecánica se ha centrado en un diseño de lóbulo simétrico básico, consistente con un método de ensamblaje por presión, cortado en tubería de paredes delgadas. Los diseños de lóbulos alternativos con geometrías de lóbulos basculantes, consistentes con un ensamblaje de empujar y girar, pueden permitir que la junta transmita más torsión en una dirección preferida. Los diseños alternativos de tubos con paredes más gruesas aumentarán la resistencia de la junta bajo tensión y torsión, así como las fuerzas que tenderían a desalinear la junta.

Mark Broadley es director de soluciones de productos en Viant. Brinda soporte técnico para operaciones de la empresa y equipos comerciales en aplicaciones de metales y tubos.

Las opiniones expresadas en esta publicación de blog son solo del autor y no reflejan necesariamente las de Medical Design and Outsourcing o sus empleados.