CZ308776B6 - Monolithic body containing a memory alloy and its production method - Google Patents

Monolithic body containing a memory alloy and its production method Download PDF

Info

Publication number
CZ308776B6
CZ308776B6 CZ2019740A CZ2019740A CZ308776B6 CZ 308776 B6 CZ308776 B6 CZ 308776B6 CZ 2019740 A CZ2019740 A CZ 2019740A CZ 2019740 A CZ2019740 A CZ 2019740A CZ 308776 B6 CZ308776 B6 CZ 308776B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
memory alloy
different
initial shape
parts
alloy
Prior art date
Application number
CZ2019740A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2019740A3 (en
Inventor
Jan DĹľugan
Džugan Jan prof. Ing., Ph.D.
Josef Hodek
Hodek Josef Ing., Ph.D.
Original Assignee
Comtes Fht A.S.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Comtes Fht A.S. filed Critical Comtes Fht A.S.
Priority to CZ2019740A priority Critical patent/CZ308776B6/en
Publication of CZ2019740A3 publication Critical patent/CZ2019740A3/en
Publication of CZ308776B6 publication Critical patent/CZ308776B6/en

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F7/00—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/008—Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression characterised by the composition
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0433—Nickel- or cobalt-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/006—Resulting in heat recoverable alloys with a memory effect
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/10—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of nickel or cobalt or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

The monolithic body is deformable from its initial shape and adapted to at least partially return to its initial shape. Different parts of the body are made of different metallic materials with a defined different chemical composition. At least one part of the body is formed by a memory alloy for the controlled return of a part of the deformed body from the memory alloy to its initial shape and dimensions by changing the temperature or the intensity of the magnetic field. The other parts of the body are made of a general material without a memory effect or a memory alloy of a different composition than the first part of the body. This produces a controlled return of these different parts of the deformed body to the initial shape and dimensions at different temperatures or at different magnetic field strengths. The change in the proportions of the metallic materials between the first and second or other parts is gradual.Monolithic bodies are produced by applying and fixing the source material to the desired shape of the body by the additive production method, where at least one part of the body is formed in a controlled way from a memory alloy with a defined ratio of alloy components different from the material of the other parts of the body.

Description

Monolitické těleso obsahující paměťovou slitinu a způsob jeho výrobyMonolithic body containing a memory alloy and method of its production

Oblast technikyField of technology

Navrhované technické řešení spadá do oblasti těles z kovových slitin s tvarovou pamětí a způsobu jejich výroby.The proposed technical solution falls into the field of shape memory metal alloy bodies and the method of their production.

Dosavadní stav technikyPrior art

Kovové slitiny s tvarovou pamětí, někdy také tzv. paměťové slitiny (SMA - Shape Memory Alloy), jsou materiály, které jsou po deformaci schopné obnovit svůj iniciální (původní) tvar a rozměry vlivem působícího tepla nebo magnetického pole. V závislosti na složení konkrétní slitiny dochází k návratu deformovaného monolitického tělesa ze slitiny vyrobeného do iniciálního tvaru při určité teplotě nebo intenzitě působení magnetického pole. Složení slitiny je proto voleno dle požadované aplikace, při které má k návratu deformovaného monolitického tělesa do iniciálního tvaru dojít. Monolitickým tělesem je zde myšleno takové těleso, které je vyrobeno v rámci jednoho kroku postupu. Monolitickým tělesem zejména není takové těleso, kde jsou jeho předem vyrobené části v dalším kroku spojeny do podoby jediného tělesa. Známé jsou například stenty pro užití v cévní chirurgii. Stent z paměťové slitiny je předem mechanicky zdeformován (provedeno zmenšení průměru), zaveden do cévy, kde se působením tepla lidského těla roztáhne do původní velikosti, čímž napraví zmenšený průřez cévy.Shape memory metal alloys, sometimes also called memory alloys (SMA - Shape Memory Alloy), are materials that are able to restore their initial (original) shape and dimensions after deformation due to heat or magnetic field. Depending on the composition of the particular alloy, the deformed monolithic body of the alloy produced to the initial shape returns at a certain temperature or intensity of the magnetic field. The composition of the alloy is therefore chosen according to the required application, in which the return of the deformed monolithic body to the initial shape is to take place. By monolithic body is meant here a body which is produced in one step of the process. In particular, a monolithic body is not such a body, where its prefabricated parts are connected in the next step into the form of a single body. For example, stents for use in vascular surgery are known. The memory alloy stent is pre-mechanically deformed (diameter reduced), inserted into a vessel, where it expands to its original size by the heat of the human body, thereby correcting the reduced cross-section of the vessel.

Nejznámější paměťovou slitinou je tzv. Nitinol, dále např. NiMnGa, CuAlNi, CuAlMn, NiTiCu, NiTiHf apod. Paměťové slitiny patří do skupiny intermetalik, což jsou sloučeniny dvou a více kovů, které mají uspořádanou krystalickou strukturu. Tvarová paměť se u nich většinou vyskytuje jen v úzkých hodnotách poměrů kovů (složek slitiny). Z toho důvodu je nutné dosažení precizně přesného poměru složek slitiny.The best known memory alloy is the so-called Nitinol, then eg NiMnGa, CuAlNi, CuAlMn, NiTiCu, NiTiHf, etc. Memory alloys belong to the group of intermetallics, which are compounds of two or more metals that have an ordered crystalline structure. Shape memory usually occurs only in narrow values of the ratios of metals (alloy components). For this reason, it is necessary to achieve a precisely accurate ratio of alloy components.

Nevýhodou stavu techniky u monolitických těles z paměťových slitin je nemožnost volby místa a/nebo okamžiku obnovy iniciálního tvaru a rozměrů řízeným způsobem. Není možné dosáhnout obnovy iniciálního tvaru postupně (vícestupňové), odlišně v různých částech daného tělesa. Do iniciálního tvaru se dle stavu techniky vrací celé těleso, a to v podstatě najednou ve všech svých částech (s přihlédnutím k drobným odlišnostem daným různou tloušťkou materiálu).A disadvantage of the state of the art in monolithic memory alloy bodies is the impossibility of choosing the place and / or the moment of restoration of the initial shape and dimensions in a controlled manner. It is not possible to achieve the restoration of the initial shape gradually (multistage), differently in different parts of the body. According to the state of the art, the whole body returns to its initial shape, essentially at once in all its parts (taking into account minor differences due to the different thickness of the material).

Popsané nevýhody stavu techniky jsou částečně odstraněny řešeními dle spisů US 2018030580 AI a WO 2019223083 AI. Zde popsaná řešení popisují tělesa obsahující paměťovou slitinu, avšak neumožňují precizní volbu způsobu, jakým se deformované těleso navrací do iniciálního tvaru.The described disadvantages of the prior art are partially eliminated by the solutions according to US 2018030580 A1 and WO 2019223083 A1. The solutions described here describe bodies containing a memory alloy, but do not allow a precise choice of the way in which the deformed body returns to its initial shape.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Podstatou vynálezu je monolitické těleso obsahující paměťovou slitinu. Těleso může být v závislosti na provedení tvořeno paměťovou slitinou buď jen zčásti, nebo zcela. Podstatou takového tělesaje, že je deformovatelné z iniciálního tvaru a uzpůsobené k následnému, alespoň částečnému, řízenému navrácení do iniciálního tvaru.The essence of the invention is a monolithic body containing a memory alloy. Depending on the design, the body can be formed either of a memory alloy or only partially or completely. The essence of such a body is that it is deformable from the initial shape and adapted to a subsequent, at least partial, controlled return to the initial shape.

Těleso tvořené paměťovou slitinou jen z části je provedeno tak, že různé části tělesa jsou tvořeny různými kovovými materiály se známým předem definovaným různým chemickým složením. Alespoň jedna část tělesa (první část tělesa), je tvořena paměťovou slitinou. Je tomu tak za účelem řízeného navrácení deformované první části tělesa, která je tvořena paměťovou slitinou, do iniciálního tvaru a rozměrů změnou teploty nebo změnou intenzity magnetického pole. Jestliže není překročena hranice teploty nebo intenzity magnetického pole pro první část tělesa, která je z paměťové slitiny, v ten moment nedojde k jejímu navrácení do iniciálního tvaru. Pokud je hraniceThe body formed by the memory alloy only in part is made in such a way that different parts of the body are made of different metallic materials with a known predefined different chemical composition. At least one part of the body (the first part of the body) is formed of a memory alloy. This is the case for the controlled return of the deformed first part of the body, which is formed by the memory alloy, to its initial shape and dimensions by changing the temperature or by changing the intensity of the magnetic field. If the limit of temperature or magnetic field strength for the first part of the body, which is made of a memory alloy, is not exceeded, it will not return to its initial shape at that moment. If there is a limit

- 1 CZ 308776 B6 teploty nebo intenzity magnetického pole pro první část tělesa překročena později, dojde k jejímu navrácení do iniciálního tvaru později. Dále alespoň druhá část tělesa je tvořena materiálem bez paměťového efektu. Tímto materiálem může být buď čistý kovový prvek, nebo obecná slitina. V tomto provedení dojde při dostatečné teplotě nebo intenzitě magnetického pole k navrácení do iniciálního tvaru pouze u té části tělesa, která je vyrobená z paměťové slitiny (první část tělesa). Ta část tělesa, která je tvořena materiálem bez paměťového efektu (druhá část tělesa), zůstane trvale deformovaná.- 1 CZ 308776 B6 temperature or intensity of the magnetic field for the first part of the body is exceeded later, it will return to its initial shape later. Furthermore, at least the second part of the body is made of a material without a memory effect. This material can be either a pure metal element or a common alloy. In this embodiment, at a sufficient temperature or magnetic field strength, only that part of the body which is made of the memory alloy (the first part of the body) returns to its initial shape. That part of the body which is made of a material without a memory effect (the second part of the body) remains permanently deformed.

Těleso zcela tvořené paměťovou slitinou je provedeno tak, že různé části tělesa jsou tvořeny paměťovou slitinou s definovanými různými poměry složek paměťové slitiny. Jinými slovy, jedna část tělesa (první část), je tvořena paměťovou slitinou a alespoň druhá část tělesa je tvořena paměťovou slitinou s poměry složek odlišně definovanými od paměťové slitiny první části tělesa. Je tomu tak za účelem řízeného navrácení těchto různých částí deformovaného tělesa do iniciálního tvaru a rozměrů při různých teplotách nebo při různé intenzitě magnetického pole. Jestliže není překročena hranice teploty nebo intenzity magnetického pole pro určitou část tělesa, v této části v ten moment nedojde k navrácení do iniciálního tvaru. Pokud je hranice teploty nebo intenzity magnetického pole pro tuto část tělesa překročena později, dojde k jejímu navrácení do iniciálního tvaru později. V tomto provedení dojde při dostatečné teplotě nebo intenzitě magnetického pole k navrácení celého tělesa do iniciálního tvaru. Díky tomu je možné řízeným způsobem dosáhnout iniciálního tvaru tělesa v různých částech daného tělesa postupně a odlišně. Odlišným poměrem složek paměťové slitiny v první části tělesa oproti druhé nebo další části tělesa se v praxi dosáhne toho, že první část se navrátí do iniciálního tvaru při nižší teplotě nebo intenzitě magnetického pole než druhá (nebo další) část tělesa. Tím je možno vícestupňové řídit okamžik, kdy se jednotlivé části tělesa navrátí do iniciálního tvaru.The body consisting entirely of the memory alloy is made in such a way that the different parts of the body are formed by the memory alloy with defined different ratios of the components of the memory alloy. In other words, one body part (first part) is formed of a memory alloy and at least the other body part is formed of a memory alloy with component ratios differently defined from the memory alloy of the first body part. This is the case for the controlled return of these different parts of the deformed body to the initial shape and dimensions at different temperatures or at different magnetic field strengths. If the limit of temperature or magnetic field strength for a certain part of the body is not exceeded, this part will not return to its initial shape at that moment. If the temperature or magnetic field strength limit for this part of the body is exceeded later, it will return to its initial shape later. In this embodiment, at a sufficient temperature or magnetic field strength, the entire body returns to its initial shape. Thanks to this, it is possible to achieve the initial shape of the body in different parts of a given body gradually and differently in a controlled manner. By a different ratio of the components of the memory alloy in the first body part to the second or further body part, in practice the first part returns to its initial shape at a lower temperature or magnetic field strength than the second (or other) body part. This makes it possible to control in several stages the moment when the individual body parts return to their initial shape.

Pro obě provedení platí, že přechod (změna poměrů složek kovových materiálů, resp. slitin), mezi první a druhou (nebo další) částí tělesa je postupná, na větším úseku tělesa. Různá intenzita změny poměrů složek kovových materiálů, resp. slitin, mezi částmi tělesa má vliv na způsob, jakým se deformované těleso navrací do iniciálního tvaru. Popsaný přechod poměrů složek kovových materiálů, resp. slitin, je možný díky aditivní metodě výroby tělesa (tzv. 3D tisk), jak bude popsáno dále.For both embodiments, the transition (change in the ratios of the components of the metallic materials or alloys) between the first and the second (or next) body part is gradual, over a larger section of the body. Different intensity of change of ratios of components of metallic materials, resp. alloys, between body parts, affects the way the deformed body returns to its initial shape. The described transition of the ratios of the components of metallic materials, resp. alloys, is possible thanks to the additive method of body production (so-called 3D printing), as will be described below.

V případě materiálů s jednocestnou pamětí může být těleso z iniciálního tvaru deformovatelné zejména působením vnější mechanické síly. U materiálů s dvoucestnou pamětí (TWSMA - Two Way Shape Memory Alloy) lze uvažovat i postupnou kontrolovanou deformaci snížením teploty nebo intenzity magnetického pole. Opětovným zvýšením teploty nebo intenzity magnetického pole dojde k vícestupňovému navrácení tělesa do iniciálního tvaru.In the case of materials with one-way memory, the body of initial shape can be deformable, in particular by the action of an external mechanical force. For materials with two-way memory (TWSMA - Two Way Shape Memory Alloy), gradual controlled deformation by reducing the temperature or intensity of the magnetic field can also be considered. By increasing the temperature or intensity of the magnetic field again, the body returns to its original shape in several stages.

Souvisejícím vynálezem je způsob výroby popsaného tělesa. Zdrojový materiál se do požadovaného tvaru tělesa nanáší a fixuje metodou aditivní výroby. Alespoň jedna část tělesa se řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny s definovaným poměrem složek slitiny, který je odlišný od poměru složek kovových materiálů, resp. slitin, ostatních částí tělesa.A related invention is a method of manufacturing the described body. The source material is applied to the desired body shape and fixed by the method of additive production. At least one part of the body is formed in a controlled manner from a memory alloy with a defined ratio of alloy components, which is different from the ratio of components of metallic materials, resp. alloys, other body parts.

Ve výhodném provedení je možné z paměťové slitiny vytvořit celé těleso. Různé části tělesa se v takovém případě řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny s definovanými různými poměry složek paměťové slitiny. Tím je dosaženo tělesa, jehož různé části se navrátí do iniciálního tvaru a rozměrů při různých teplotách nebo při různé intenzitě magnetického pole. Popsané těleso najde využití například v lékařských aplikacích, jemné mechanice, jako teplotní plomby apod.In a preferred embodiment, it is possible to form the entire body from the memory alloy. In such a case, the various parts of the body are formed in a controlled manner from a memory alloy with defined different ratios of the components of the memory alloy. This results in a body whose different parts return to their initial shape and dimensions at different temperatures or at different magnetic field strengths. The described body finds use, for example, in medical applications, fine mechanics, such as thermal seals, etc.

Tím že je těleso přímo získatelné metodou aditivní výroby, je dosaženo jeho unikátních vlastností. Mezi ně patří zejména přesnost vytvoření částí tělesa z odlišných materiálů, resp. přesnost hranice jejich přechodů. Jinými teoreticky použitelnými způsoby výroby monolitického tělesa s částmi z různých kovových materiálů s definovaným různým chemickým složením (např. odléváním) se získá těleso s jinými strukturálními vlastnostmi. Nelze dosáhnout přesně definované hranice přechodů, zejména nelze zaručit, že v daném místě tělesa skutečně bude požadovaný materiál.Because the body is directly obtainable by the method of additive production, its unique properties are achieved. These include, in particular, the accuracy of creating body parts from different materials, resp. the accuracy of the boundaries of their transitions. Other theoretically applicable methods of manufacturing a monolithic body with parts from different metallic materials with a defined different chemical composition (e.g. casting) give a body with different structural properties. It is not possible to reach a precisely defined transition limit, in particular it cannot be guaranteed that the desired material will actually be present at a given location of the body.

-2 CZ 308776 B6-2 CZ 308776 B6

Takovým tělesem by v podstatě nemohlo být dosaženo technického efektu přesně řízeného místa a/nebo okamžiku, kde dojde k navrácení deformovaného tělesa do iniciálního tvaru. Způsob, kterým bylo dané těleso vyrobeno, je díky přesnosti hranice přechodů různých materiálů snadno zjistitelný pouhým pohledem nebo metalografickou analýzou.With such a body, the technical effect of a precisely controlled place and / or the moment when the deformed body returns to its initial shape could not be achieved in principle. Due to the accuracy of the transition boundaries of the various materials, the way in which the body was made is easily detectable by a simple glance or metallographic analysis.

Řešení není omezeno na limitované množství konkrétních chemických složení použitých kovových materiálů. Popsaný princip řešení je aplikovatelný na všechny paměťové slitiny, u kterých lze dosáhnout požadovaného efektu navrácení do iniciálního tvaru a rozměrů. Stejně tak materiál bez paměťového efektu (pokud je použit), může být v podstatě libovolným čistým prvkem nebo slitinou. Limitujícím faktorem je pouze jeho chemická kompatibilita s paměťovou slitinou tak, aby bylo monolitické těleso vyrobitelné a jednotlivé materiály propojitelné. Je zřejmé, že pro dosažení efektu kontrolovatelného navrácení do iniciálního tvaru a rozměrů je nutná znalost (definování) chemického složení použitých materiálů. Zejména paměťová slitina s náhodně definovaným chemickým složením nebo odchylkami od přesného chemického složení požadovaného pro dané místo daného tělesa nesplní cíl vynálezu s dostatečnou kvalitou.The solution is not limited to a limited amount of specific chemical compositions of the metallic materials used. The described solution principle is applicable to all memory alloys for which the desired effect of return to the initial shape and dimensions can be achieved. Likewise, a material without a memory effect (if used) can be essentially any pure element or alloy. The only limiting factor is its chemical compatibility with the memory alloy so that the monolithic body can be manufactured and the individual materials can be connected. It is obvious that in order to achieve the effect of controllable return to the initial shape and dimensions, it is necessary to know (define) the chemical composition of the materials used. In particular, a memory alloy with a randomly defined chemical composition or deviations from the exact chemical composition required for a given location of a given body will not fulfill the object of the invention with sufficient quality.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of embodiments of the invention

Příklad 1Example 1

V prvním příkladném uskutečnění vynálezu je popsáno monolitické těleso částečně tvořené paměťovou slitinou na bázi niklu (Ni) a titanu (Ti). Těleso je deformovatelné z iniciálního tvaru a rozměrů a uzpůsobené k následnému částečnému řízenému navrácení do iniciálního tvaru a rozměrů.In a first exemplary embodiment of the invention, a monolithic body partly formed by a memory alloy based on nickel (Ni) and titanium (Ti) is described. The body is deformable from its initial shape and dimensions and adapted for subsequent partial controlled return to its initial shape and dimensions.

První část tělesa je tvořena paměťovou slitinou s definovaným obsahem složek: Ni 54,5 % hmota., Ti 45,5 % hmota. Druhá část tělesa je tvořena materiálem bez paměťového efektu. Materiálem je v tomto případě čistý Ti.The first part of the body consists of a memory alloy with a defined content of components: Ni 54.5% by weight, Ti 45.5% by weight. The second part of the body is made of a material without a memory effect. The material in this case is pure Ti.

Díky tomu je možné po zdeformování tělesa řízeným způsobem dosáhnout iniciálního tvaru a velikosti první části tělesa - tedy té, která je vyrobená z paměťové slitiny. Tato část tělesa se navrátí do iniciálního tvaru při transformační teplotě přibližně 60 °C. Řízeným zvyšováním teploty je dosaženo možnosti řídit okamžik, kdy se část tělesa z paměťové slitiny navrátí do iniciálního tvaru.Thanks to this, it is possible to achieve the initial shape and size of the first part of the body - i.e. the one made of the memory alloy - in a controlled manner after deforming the body. This part of the body returns to its initial shape at a transformation temperature of approximately 60 ° C. By a controlled increase in temperature, it is possible to control the moment when a part of the memory alloy body returns to its initial shape.

Těleso jev tomto případě v podobě tepelné plomby, která je při instalaci do sledovaného systému řízeným způsobem mechanicky zdeformována. Při překročení transformační teploty dojde k navrácení té části tělesa, která je z paměťové slitiny, do iniciálního tvaru a rozměrů. Tvar části tělesa z čistého titanu se se vzrůstající teplotou nemění.In this case, the body phenomenon in the form of a thermal seal, which is mechanically deformed in a controlled manner during installation in the monitored system. When the transformation temperature is exceeded, the part of the body which is made of the memory alloy is returned to its initial shape and dimensions. The shape of the pure titanium body part does not change with increasing temperature.

Příkladné těleso se vyrobí tak, že se zdrojový materiál do požadovaného tvaru tělesa nanáší a fixuje metodou aditivní výroby. První část tělesa se řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny o výše uvedeném složení, druhá část tělesa z čistého titanu. Nanášení zdrojového materiálu je zařízením (tzv. 3D tiskárnou) provedeno tak, že jednotlivé složky (Ti a Ni) jsou v práškové formě z jejich zásobníků odebírány dle jejich aktuálně požadovaného množství. Nejprve Ni a Ti, následně pro druhou část tělesa čistý Ti. Obě složky jsou zařízením promíchány v požadovaném poměru před jejich nanesením a fixací laserem (natavením) do podoby tělesa. Tím je dosaženo tělesa, jehož první část se navrátí do iniciálního tvaru a rozměrů při předem určené teplotě.An exemplary body is made by applying and fixing the source material to the desired body shape by an additive manufacturing method. The first part of the body is formed in a controlled manner from a memory alloy of the above composition, the second part of the body from pure titanium. The application of the source material is performed by the device (so-called 3D printer) in such a way that the individual components (Ti and Ni) are taken from their containers in powder form according to their currently required amount. First Ni and Ti, then for the second part of the body pure Ti. Both components are mixed by the device in the required ratio before their application and fixation by laser (melting) into the shape of the body. This results in a body whose first part returns to its initial shape and dimensions at a predetermined temperature.

Příklad 2Example 2

Ve druhém příkladném uskutečnění vynálezu je popsáno monolitické těleso zcela tvořené paměťovou slitinou na bázi niklu (Ni) a titanu (Ti). Těleso je deformovatelné z iniciálního tvaru a uzpůsobené k následnému alespoň částečnému řízenému navrácení do iniciálního tvaru.In a second exemplary embodiment of the invention, a monolithic body consisting entirely of a memory alloy based on nickel (Ni) and titanium (Ti) is described. The body is deformable from its initial shape and adapted for subsequent at least partial controlled return to its initial shape.

-3 CZ 308776 B6-3 CZ 308776 B6

První část tělesa je tvořena paměťovou slitinou s definovaným poměrem složek slitiny takto: Ni 54,5 % hmota., Ti 45,5 % hmota. Druhá část tělesa je tvořena paměťovou slitinou s odlišným definovaným poměrem složek slitiny takto: Ni 55,8 % hmota., Ti 44,2 % hmota.The first part of the body consists of a memory alloy with a defined ratio of alloy components as follows: Ni 54.5% by weight, Ti 45.5% by weight. The second part of the body is formed by a memory alloy with a different defined ratio of alloy components as follows: Ni 55.8% by weight, Ti 44.2% by weight.

Díky odlišnému chemickému složení paměťové slitiny v obou částech tělesa je možné řízeným způsobem dosáhnout iniciálního tvaru tělesa v obou jeho částech postupně a odlišně. První část tělesa se navrátí do iniciálního tvaru při transformační teplotě přibližně 60 °C. Druhá část tělesa se navrátí do iniciálního tvaru při transformační teplotě přibližně v rozmezí 5 až 18 °C. Řízenou změnou teploty je dosaženo možnosti vícestupňové řídit okamžik, kdy se jednotlivé části tělesa navrátí do iniciálního tvaru. Těleso je v tomto případě v podobě tvarově nastavitelného implantátu, který je určený k mechanické deformaci z iniciálního tvaru a postupnému vícestupňovému navrácení do iniciálního tvaru zvýšením teploty.Due to the different chemical composition of the memory alloy in both parts of the body, it is possible to achieve the initial shape of the body in both its parts in a controlled manner gradually and differently. The first part of the body returns to its initial shape at a transformation temperature of approximately 60 ° C. The second part of the body returns to its initial shape at a transformation temperature in the range of approximately 5 to 18 ° C. The controlled change of temperature makes it possible to control the moment when the individual parts of the body return to their initial shape. In this case, the body is in the form of a shape-adjustable implant, which is intended for mechanical deformation from the initial shape and gradual multi-stage return to the initial shape by increasing the temperature.

Příkladné těleso se vyrobí tak, že se zdrojový materiál paměťové slitiny do požadovaného tvaru tělesa nanáší a fixuje metodou aditivní výroby. Různé části tělesa se řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny s definovaným různým poměrem složek slitiny. Jak uvedeno výše, první část tělesa se vytvoří z paměťové slitiny o složení Ni 54,5 % hmota., Ti 45,5 % hmota, a druhá část z paměťové slitiny o složení Ni 55,8 % hmota., Ti 44,2 % hmota.An exemplary body is fabricated by applying a memory alloy source material to the desired body shape and fixing it by an additive manufacturing method. Different parts of the body are formed in a controlled manner from a memory alloy with a defined different ratio of alloy components. As mentioned above, the first part of the body is formed of a memory alloy with a Ni composition of 54.5% by weight, Ti 45.5% by weight, and the second part of a memory alloy with a Ni composition of 55.8% by weight, Ti 44.2% by weight. mass.

Nanášení zdrojového materiálu je zařízením (tzv. 3D tiskárnou) provedeno tak, že jednotlivé složky (Ti a Ni) jsou v práškové formě z jejich zásobníků odebírány dle jejich aktuálně požadovaného množství. Nejprve v poměru Ni 54,5 % hmota, a Ti 45,5 % hmota, pro první část tělesa, následně v poměru Ni 55,8 % hmota, a Ti 44,2 % hmota, pro druhou část tělesa. Obě složky jsou zařízením promíchány v požadovaném poměru před jejich nanesením a fixací laserem (natavením) do podoby tělesa. Tím je dosaženo tělesa, jehož různé části se navrátí do iniciálního tvaru a rozměrů při různých teplotách.The application of the source material is performed by the device (so-called 3D printer) in such a way that the individual components (Ti and Ni) are taken from their containers in powder form according to their currently required amount. First in a ratio of Ni 54.5% by weight, and Ti 45.5% by weight, for the first part of the body, then in a ratio of Ni 55.8% by weight, and Ti 44.2% by weight, for the second part of the body. Both components are mixed by the device in the required ratio before their application and fixation by laser (melting) into the shape of the body. This results in a body whose different parts return to their initial shape and dimensions at different temperatures.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Monolitické těleso obsahující paměťovou slitinu, deformovatelné z iniciálního tvaru a uzpůsobené k alespoň částečnému navrácení do iniciálního tvaru, kde různé části tělesa jsou tvořeny různými kovovými materiály s definovaným různým chemickým složením, přičemž alespoň první část tělesa je tvořena paměťovou slitinou k řízenému navrácení této části deformovaného tělesa do iniciálního tvaru a rozměrů změnou teploty nebo změnou intenzity magnetického pole, a alespoň druhá část tělesa je tvořena materiálem bez paměťového efektu nebo je tvořena paměťovou slitinou s odlišným definovaným poměrem složek oproti paměťové slitině první části tělesa k řízenému navrácení těchto různých částí deformovaného tělesa do iniciálního tvaru a rozměrů při různých teplotách nebo při různé intenzitě magnetického pole, vyznačující se tím, že změna poměrů kovových materiálů mezi první a druhou nebo další částí tělesa je postupná.A monolithic body comprising a memory alloy deformable from its initial shape and adapted to at least partially return to its initial shape, wherein different body parts are formed by different metallic materials with defined different chemical composition, at least a first part of the body being formed by a memory alloy for controlled return. part of the deformed body to the initial shape and dimensions by changing the temperature or intensity of the magnetic field, and at least the second part of the body is made of non-memory material or memory alloy with different defined component ratio to memory alloy of the first body part for controlled return of these different parts bodies to their initial shape and dimensions at different temperatures or at different magnetic field strengths, characterized in that the change in the ratios of metallic materials between the first and second or further parts of the body is gradual. 2. Způsob výroby monolitického tělesa podle nároku 1, vyznačující se tím, že zdrojový' materiál se do požadovaného tvaru tělesa nanáší a fixuje metodou aditivní výroby, přičemž alespoň jedna část tělesa se řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny s definovaným poměrem složek slitiny, odlišným od materiálu ostatních částí tělesa.A method of manufacturing a monolithic body according to claim 1, characterized in that the source material is applied to the desired body shape and fixed by an additive manufacturing method, wherein at least one body part is formed in a controlled manner from a memory alloy with a defined ratio of alloy components material of other parts of the body. 3. Způsob výroby podle nároku 2, vyznačující se tím, že z paměťové slitiny se vytvoří celé těleso, přičemž různé části tělesa se řízeným způsobem vytvoří z paměťové slitiny s různými definovanými poměry složek paměťové slitiny.The production method according to claim 2, characterized in that the whole body is formed from the memory alloy, wherein different parts of the body are formed from the memory alloy in a controlled manner with different defined ratios of the components of the memory alloy.
CZ2019740A 2019-12-03 2019-12-03 Monolithic body containing a memory alloy and its production method CZ308776B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019740A CZ308776B6 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Monolithic body containing a memory alloy and its production method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019740A CZ308776B6 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Monolithic body containing a memory alloy and its production method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2019740A3 CZ2019740A3 (en) 2021-05-12
CZ308776B6 true CZ308776B6 (en) 2021-05-12

Family

ID=74235964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019740A CZ308776B6 (en) 2019-12-03 2019-12-03 Monolithic body containing a memory alloy and its production method

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ308776B6 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150072299A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Ormco Corporation Orthodontic appliances and methods of making and using same
US20180030580A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Verkko Biomedical, LLC Dynamic, non-homogenous shape memory alloys
CN107761018A (en) * 2017-11-08 2018-03-06 北京理工大学 A kind of preparation method of TiNi shape-memory alloy wires enhancing composite material of magnesium alloy
WO2019223083A1 (en) * 2018-05-21 2019-11-28 江苏大学 Functional low-loss shape memory alloy micro-nano powder core wire material for laser additive manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150072299A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Ormco Corporation Orthodontic appliances and methods of making and using same
US20180030580A1 (en) * 2016-07-26 2018-02-01 Verkko Biomedical, LLC Dynamic, non-homogenous shape memory alloys
CN107761018A (en) * 2017-11-08 2018-03-06 北京理工大学 A kind of preparation method of TiNi shape-memory alloy wires enhancing composite material of magnesium alloy
WO2019223083A1 (en) * 2018-05-21 2019-11-28 江苏大学 Functional low-loss shape memory alloy micro-nano powder core wire material for laser additive manufacturing

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(Microstructural characterization of Ti-Ta-based surface alloy fabricated on TiNi SMA by additive pulsed electron-beam melting of film/substrate system; • L. L Meisner, A. B. Markov, V. P, Rotshtein, G. E. Ozur, S. N. Meisner; Journal of Alloys and Compounds Vol. 730, pp. 376-385, Coden: JALCEU ISSN: 0925-8388) 02.03.2018 *
(Performance and modeling of active metal-matrix composites manufactured by ultrasonic additive manufacturing; R. Hahnlen, M. J. Dapino; Proceedings of the SPIE - The International Society for Optical Engineering (2011) Vol. 7979, 797903 (13 pp.) p.,Coden: PSISDG ISSN: 0277-786X) 10.02.2016 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2019740A3 (en) 2021-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7448581B2 (en) Magnesium alloy, its production method and its use
Maeshima et al. Shape memory properties of biomedical Ti-Mo-Ag and Ti-Mo-Sn alloys
Naresh et al. Shape memory alloys: a state of art review
Fernandes et al. Understanding the shape-memory alloys used in orthodontics
Krone et al. The Potential of Powder Metallurgy for the Fabrication of Biomaterials on the Basis of Nickel‐Titanium: A Case Study with a Staple Showing Shape Memory Behaviour
EP1629134A2 (en) Coherent nanodispersion-strengthened shape-memory alloys
US9205178B2 (en) Ti-Ni-Nb alloy device
CZ308776B6 (en) Monolithic body containing a memory alloy and its production method
KR101884099B1 (en) Zirconium-based alloy metallic glass and method for forming a zirconium-based alloy metallic glass
CZ33986U1 (en) Monolithic body containing a memory alloy
US8801875B2 (en) Radiopaque alloy and medical device made of this alloy
Senthilkumar et al. Spark plasma sintering of NiTi shape memory alloy
CN103547691A (en) Composite material for medical devices and method for producing same
KR101608614B1 (en) Fabricating method for controlling work-hardening ability in metallic glass matrix composites and composite materials fabricated by the method
Balci et al. Investigate of Microhardness and Microstructure of Ti-Ni-Nb-X (Ta and V) Shape Memory Alloys
Jokanović et al. The main characteristics and application of the shape memory alloys in orthodontics and endodontics
Qader et al. The effect of different parameters on shape memory alloys
CA3150096C (en) Wires of superelastic nickel-titanium alloy and methods of forming the same
Hasbi et al. Opportunities and challenges of Fe-based shape memory alloys for biomedical applications–Short review
Kneissl et al. Functional properties of wires and thin ribbons of several shape memory alloys
Dilibal et al. Comparison and characterization of NiTi and NiTiCu shape memory alloys
RU2808118C2 (en) METHOD FOR PRODUCING TiNi ALLOY WITH VARIABLE CHEMICAL COMPOSITION USING ADDITIVE TECHNOLOGIES
EP0071295A1 (en) Beta alloys with improved properties
JP5305121B2 (en) Biomaterial
JPH07150314A (en) Manufacture of coil spring having bidirectional shape memory effect