니티놀 튜빙의 다음 단계는 무엇입니까?

2020년 7월 2일 낸시 크로티(Nancy Crotti)

니티놀의 고유한 특성으로 인해 의료 기기 업계에서 가장 사랑받는 제품이 되었습니다. 니티놀을 다른 금속 튜브에 기계적으로 결합하는 새로운 기술은 비용을 절감하고 위험을 완화할 수 있습니다.

마크 브로들리, 비안트

(사진제공: 비앙트)

니티놀은 의료기기 산업에 혁명을 일으켰습니다. 유연한 초탄성, 형상 기억 및 생체 적합성을 갖춘 니티놀은 의료 기기에 사용되는 재료가 되었습니다.

그러나 이 니켈/티타늄 합금에도 단점이 없는 것은 아닙니다. 첫째, 상대적으로 비용이 많이 든다. 따라서 100% 니티놀 장치는 성능 요구 사항을 충족할 수 있지만 비용 측면에서는 실용적이지 않을 수 있습니다. 결과적으로 의료 기기 설계자는 유연성이 필요한 특정 구성 요소에 니티놀을 지정하고 인접한 구성 요소에는 스테인리스강과 같은 다른 재료를 지정할 수 있습니다.

그러나 이것이 두 번째 단점입니다. 니티놀은 그 자체와 다른 재료 모두에 납땜하거나 용접하기가 어렵습니다. 현재 니티놀을 스테인레스강에 용접하려면 두 재료 모두와 호환되는 대체 재료의 중간 구성 요소가 필요합니다. 와이어와 같은 단순한 제품 형태의 경우 이는 비용 효율적인 접근 방식이 될 수 있습니다. 그러나 튜브와 같은 보다 복잡한 제품 형태의 경우, 중간 구성 요소의 비용과 리드 타임은 물론 보다 복잡한 튜브 용접 방법으로 인해 이 접근 방식이 덜 매력적입니다.

Viant에서는 니티놀을 다른 레이저 절단 금속(일반적으로 스테인리스강)에 기계적으로 결합하는 새로운 기술(특허 출원 중)을 개발했습니다.

비유부터 시작해 보겠습니다. 어렸을 때 "중국식 손가락 덫"이라고 불리는 밝은 색상의 작은 원통형 대나무를 가지고 놀았던 적이 있습니까? 실린더의 양쪽 끝에 집게손가락을 넣고 빼내려고 하면 트랩이 조여질 뿐입니다. (끝 부분을 가운데로 밀어서 끝 부분을 확대하고 손가락을 풀어 함정에서 탈출합니다.)

이 퍼즐 컷 튜브 접합 기술에도 동일한 원리가 적용됩니다. 우리는 니티놀 튜브 끝의 원주 주위에 여러 개의 돌출부를 자르고 스테인레스 스틸 튜브 끝 주위에 보완적인 크기와 기하학적 구조의 돌출부를 절단했습니다. 니티놀 돌출부를 해당 스테인리스 스틸 돌출부 사이의 공간으로 밀어 넣으면 니티놀 돌출부가 이전 모양으로 돌아가 기계적으로 맞물려 관절을 잠그게 됩니다. 마치 서로 맞물린 퍼즐 조각을 연결하거나 핑거 트랩이 손가락을 잡는 것과 같습니다. 만족스러운 스냅으로 빠르고 쉽게 조립할 수 있습니다.

혜택? 첫째, 설계의 니티놀을 성능 특성에 의존하는 구성 요소로만 제한하여 비용을 절감합니다. 둘째, 중간 구성 요소 비용은 물론 레이저 용접 및 관련 검증 프로세스도 제거하여 위험을 완화합니다. 셋째, 봉쇄 피복이나 와이어 정렬 없이 서로 다른 재질의 튜브를 결합합니다. 이를 통해 내부 루멘을 방해하지 않는 로우 프로파일 연결이 가능해 추가 장치 기능을 위한 와이어를 수용할 수 있습니다.

기술적 고려 사항의 측면에서, 구부린 상태에서 회전할 때 "휘핑"을 방지하기 위해 니티놀 튜브의 벽 두께가 균일해야 한다는 것이 중요합니다. 우리는 니티놀 튜브의 100% 초음파 검사를 수행하여 둘레 주위의 균일한 벽 두께를 보장합니다. 또한, 용접된 스테인리스 스틸 튜빙은 제조 과정에서 냉간 가공되고 어닐링되어 원주 주변의 균일한 치수 및 기계적 특성을 보장합니다.

재료 강도도 설계 고려사항입니다. 조인트가 인장 하중을 받도록 설계된 경우 니티놀 및 스테인리스강 로브 모두의 하중을 견딜 수 있을 만큼 튜브의 강도가 충분해야 합니다. 이는 설계된 구성 요소에 대해 FEA 분석을 수행하여 평가할 수 있으며 기능 장치 테스트를 통해 확인하여 기계적 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다.

이 기술을 개발할 당시 우리는 고객과 함께 로봇 보조 손목형 내시경 장치를 연구하고 있었습니다. 이 설계에는 로봇 장치의 동작을 손목을 통해 작동에 사용되는 도구로 전달하는 니티놀 액추에이터가 포함되었습니다. 니티놀 작동 시스템의 가격을 책정할 때 긴 니티놀 작동 튜브의 높은 비용으로 인해 비용이 엄청났습니다. 그래서 우리는 니티놀을 손목에만 유지하면서 스테인리스 스틸과 같이 더 비용 효율적인 다른 재료와 니티놀을 결합할 수 있다면 비용을 절약할 수 있다고 생각했습니다. 우리는 이 퍼즐 컷 접합 기술을 사용하면 장치 비용을 30% 절감할 수 있을 것으로 추정합니다.