Materiały z pamięcią kształtu
Materiały z pamięcią kształtu w przemysłowych materiałach tekstylnych
Materiały z pamięcią kształtu od dłuższego czasu z powodzeniem wykorzystywane są w różnych dziedzinach techniki. Najczęściej używanym materiałem jest nitinol – stop niklu i tytanu. Szczególną cechą tych materiałów jest pseudoplastyczność, czyli możliwość odwracalnej zmiany kształtu, wywołanej zmianą temperatury, bądź też efekt supersprężystości – powrót do początkowego kształtu po dużym odkształceniu.
Demonstrator siłownika poruszającego klapę stabilizatora poziomego dla śmigłowca SW-4
Najważniejszy element siłownika – taśma z drutami NiTi
Sterowanie i kontrola pracy siłownika nitinolowego z poziomu PC
Urządzenie do przewijania i wyżarzania (trenowania) drutów nitinolowych
Projekt siłownika skrętnego opartego na drutach z pamięcią kształtu
Celem projektu było zagospodarowanie ogromnego potencjału technicznego, który mają stopy z pamięcią kształtu poprzez: badania podstawowe nad samymi materiałami, stworzenie nowych, innowacyjnych zastosowań takich stopów oraz wykreowanie opartej na wiedzy, samowystarczalnej sieci przedsiębiorstw, która zajmie się w przyszłości rozwojem kolejnych zastosowań tych niezwykłych materiałów.
Badania i modelowanie
Badania podstawowe nad materiałami z pamięcią kształtu obejmowały fizyczne podstawy samego zjawiska, modelowanie matematyczne procesu przejścia fazowego (odpowiedzialnego za efekt pamięci kształtu) i budowanie empirycznych modeli preproduktów z nitinolu (drutów, taśm, blach), pozwalających przewidzieć jak będą zachowywały się wykonane z nich elementy czy struktury.
Wytwarzanie i kontrola jakości
Jedną z najwygodniejszych form nitinolu są cienkie druty. Ich produkcja odbywa się w procesie wielokrotnego ciągnięcia grubych, odlewanych prętów. Aby drut uzyskał zaprojektowaną funkcjonalność, musi zostać poddany tzw. "trenowaniu" – specjalnemu cyklowi obróbki cieplnej. Dla bardziej złożonych funkcjonalności trenowanie powinno być niejednorodne - różne na różnych odcinkach drutu. Urządzenie zaprojektowane specjalnie w tym celu przez firmę SKA Polska potrafi nie tylko w zautomatyzowany sposób "wytrenować" duże partie drutu (o średnicach od 0.15 do 2 mm), ale też, po zastosowaniu odpowiedniej głowicy, skontrolować jego jakość i wyznaczyć odcinki, które spełniają podane kryteria.
Zastosowania
Poniżej prezentujemy niektóre zastosowania nitinolu opracowane przez uczestników projektu:
- Użycie nitinolowej struktury rozpraszającej energię uderzenia umożliwiło zaprojektowanie kasku motocyklowego, który będąc znacznie lżejszy od klasycznych kompozytowych kasków, spełnia wszelkie normy bezpieczeństwa.
- Stent chirurgiczny z cylindrycznej struktury nitinolowej wykorzystuje efekt supersprężystości. Ściśnięty do bardzo małej średnicy można łatwo wprowadzić do żyły, gdzie rozszerza się, udrażniając ją.
- Kolejnym przykładem jest drut nitinolowy o dwukierunkowym działaniu – wpleciony w tkaninę pozwolił na stworzenie typoszeregu filtrów, które dzięki odpowiednim drganiom samooczyszczają się.
- Specjalny kompozyt na bazie tkaniny z nitinolu posłużył do skonstruowania wyczynowych nart zjazdowych, które charakteryzują się wysokim tłumieniem drgań.
- Ortopedyczna opaska rehabilitacyjna jest początkowo stosunkowo luźna. Po założeniu - pod wpływem temperatury ciała - kurczy się. Efekt jest odwracalny, a charakterystyka ściskania może być dobrana indywidualnie do pacjenta.
- Bardzo ciekawym przykładem zastosowania stopu z pamięcią kształtu jest pseudoplastyczna taśma, na której opiera się konstrukcja dwukierunkowego siłownika. Został on eksperymentalnie zastosowany do napędu trymera stabilizatora poziomego w polskim śmigłowcu SW-4. Oprócz samego doboru taśmy tak, by uwzględniała charakterystykę obciążeniową płata i odpowiednie warunki konwekcyjne, niebanalnym zadaniem było zaprojektowanie układu sterowania. Poza nadrzędnym (położeniowym) sprzężeniem zwrotnym, uwzględniono także sprzężenie podrzędne - wynikające z charakterystyki rezystancyjnej drutów, wspomagane matematycznym modelem przejścia fazowego pomiędzy martenzytem a austenitem. Funkcjonalny model takiego siłownika został zaprojektowany i wykonany dzięki współpracy firm SKA Polska i PZL Świdnik.