DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY,
2002
| articulo
Aliatges amb memòria de forma, una filosofia diferent en l'enginyeria i el disseny amb materialsEls materials amb memòria de forma també anomenats
materials intel·ligents posseeixen propietats que els diferencien de la resta
de materials. Aquestes propietats no són propietats millorades respecte als
altres materials convencionals, sinó que són noves propietats que fan que el procés
de disseny amb materials hagi de ser modificat. La comprensió d'aquestes noves
propietats i l'estandardització de tots els paràmetres que les caracteritzen
per part de totes aquelles persones involucrades en el procés de disseny farà
que aquests materials assoleixin una importància industrial que encara no
tenen. En aquest article es descriuen totes les propietats que caracteritzen a
aquest tipus de materials a la vegada que es fa una anàlisi de les seves
possibilitats futures.
Els aliatges amb memòria de forma es coneixen des de fa
aproximadament seixanta anys, si bé només fa trenta anys que en van començar a
aparèixer les primeres aplicacions. El progrés d'aquests materials ha estat
lent. En primer lloc perquè el seu desenvolupament ha necessitat una tecnologia
nova: mentre l'origen i els mecanismes que donen lloc a les propietats de
memòria de forma són ben coneguts actualment, no es pot dir el mateix dels
aspectes d'enginyeria. En segon lloc perquè aquests materials són ben coneguts
per la comunitat científica, però no pels dissenyadors i els enginyers de
disseny.
Aquests nous aliatges no són simplement un nou tipus de
materials, com poden ser els aliatges de titani o els superaliatges, sinó que
presenten una nova filosofia en el camp de l'enginyeria i el disseny. Aquests
nous materials no tenen unes propietats millorades respecte dels materials ja
existents, sinó que presenten propietats noves, de manera que aquestes
propietats han de ser conegudes pels dissenyadors abans que considerin
aplicar-les, Aquest fet és el responsable que els paràmetres de disseny
utilitzats per a aquests tipus de materials siguin diferents als utilitzats per
la majoria dels materials funcionals. Així, paràmetres de disseny com ara el
límit elàstic, la resistència màxima, el mòdul elàstic, la ductilitat, entre
d'altres, són reemplaçats per propietats o paràmetres com tensió de
recuperació, velocitat de recuperació, temperatura de transformació, histèresi
tèrmica, etc.
El coneixement d'aquests materials obre noves
possibilitats en el camp del disseny i l'enginyeria de disseny. Aquestes
possibilitats van des de la concepció escultòrica d'una forma mòbil o
articulada que executa el seu moviment únicament per l’oscil·lació tèrmica
entre el dia i la nit fins al desenvolupament de micro-robots capaços de
realitzar un treball i produir un moviment per efecte de les propietats
d'aquest tipus de materials, sense oblidar la important aportació que aquests
materials estan fent en cl camp de la medicina i l'ortopèdia, entre d'altres.
Com a exemple podem comentar que la utilització d’aliatges
amb memòria de forma ofereix avantatges sobre altres solucions convencionals en el camp
de l’ortesi, tant a l'hora de dissenyar com en l'aspecte econòmic. És el cas de
la recuperació de la mobilitat dels dits d’una mà gràcies a un dispositiu basat
en el fenomen de la memòria de forma i la superelasticitat. Aquest dispositiu
és capaç de proporcionar als dits del pacient una tensió constant i adequada
que els permetrà estirar-se i arronsar-se simplement mitjançant escalfament i
refredament d'aquest material amb memòria de forma, la qual cosa permet la
rehabilitació d'aquests dits malalts d'una manera simple i, encara més
important, adequada i funcional per al pacient.
En aquest article es comentaran breument les principals
propietats que presenta aquest nou grup de materials com a base per entendre la
nova filosofia que planteja conèixer-les en el moment en què es posen sobre la
taula de treball, un problema de selecció de materials, o de disseny de
qualsevol tipus de sistema mecànic o artefacte. A partir d'aquí, s'oferirà una
primera aproximació a les principals aplicacions que es donen a aquests materials
actualment, basades més en un criteri d'ús industrial que en les diverses
propietats que caracteritzen aquests materials, l'exposició acabarà amb una
aproximació, des del punt de vista de l'enginyer de disseny, a les premisses
necessàries per facilitar l'ús dels aliatges amb memòria de forma en el procés
normalitzat de disseny.
Evolució històrica
L'efecte anomenat memòria de forma fou descobert per Chang and Read [51Cha] en un aliatge Au-47.5at%Cd, però es va desenvolupar veritablement amb el descobriment de l’aliatge NiTi de Buehler i el seu equip [63Bue]. Entre aquests dos descobriments també es van estudiar altres aliatges que presentaven aquest electe, com In-TI, Cu-Zn i Cu-Al-Ni. Però aquest no fou el primer pas en el desenvolupament d'aquests aliatges. L'efecte goma [97Xia], [78Ahl] descobert l’any 1932 per Ölander [32Öla] en un aliatge Au-47.5at%Cd, constitueix la primera etapa en el descobriment dels aliatges amb memòria de forma. Quan l’aliatge és deformat just desprès de la transformació martensítica, el comportament a deformació és plàstic i exhibeix la propietat de la memòria de forma; en canvi, quan l’aliatge és envellit en l'estat martensític durant catorze hores o més, el comportament de l’aliatge passa a ser pseudoelàstic. També són anteriors al descobriment de l'efecte memòria de forma els estudis realitzats l'any 1938 per Greninger i Moradian [38Gre], els quals van observar l'aparició i la desaparició de martensita en disminuir i augmentar la temperatura en un aliatge de CuZn. Però van haver de passar deu anys perquè Kurdjumov i Khandros [49Kur] estudiessin el comportament termoelàstic de la fase martensítica, un fenomen bàsic de l'efecte memòria de forma. A partir d'aquí es descobreix l'efecte de memòria de forma ja comentat i s'inicia el desenvolupament d'aquests aliatges. Apareixen altres efectes importants, com ara la capacitat d'esmorteïment, el doble efecte memòria de forma i la superelasticitat.  Taula 1. Materials metàl.lics fèrrics i no fèrrics que presenten efecte memòria de forma
L’alta capacitat d’esmorteïment [95Lin],
[93Lin], [97Lin], [99Cec] provocada per la fricció interna de les plaques de
martensita tant en la fase martensítica com en la fase β + Martensita, és una altra
propietat important d'aquests aliatges, d'entre tots els quals l'aliatge CuZnAl
[82Hum] [93Xia], [95Xia], [87Aer], [87Mel] és el que presenta una capacitat
d'esmorteïment forca més alta.
El doble efecte memòria de forma [74Per], [92Sta],
[95Lov], [95Gui], [97Dut]. La diferència essencial que existeix entre l'efecte
doble memòria de forma i les altres propietats de memòria de forma és que en el
cas de l'efecte doble memòria de forma el canvi macroscòpic de forma es genera
espontàniament sense aplicació de tensió externa, únicament per canvi de
temperatura. Cal destacar que per conferir al material les formes
macroscòpiques adequades existeixen diferents tipus de mecanismes anomenats
mecanismes d'ensinistrament del material. La superelasticitat, que en
l'actualitat és una de les propietats més utilitzades d'aquests aliatges, es
basa en la capacitat d'aquests aliatges per proporcionar deformacions
recuperables molt més elevada que les que proporcionen els materials
convencionals. A la Taula l es mostren els materials metàl·lics no fèrrics i
fèrrics que presenten efecte memòria de forma.
Característiques dels aliatges amb
memòria de forma
La transformació martensítica termoelàstica La transformació martensítica termoelàstica és una transformació estructural en estat sòlid de primer ordre sense difusió atòmica, que té lloc per cisellada i és el resultat del moviment coordinat d'àtoms a una distància menor que l'espai interatòmic. A mes, es pot completar aquesta definició comentant que la transformació s'ha de produir per nucleació i creixement de les plaques de martensita en el si de la fase β [95Chr]. Aquesta transformació pot ser produïda per
efecte de la temperatura, com
s'observa a la
figura 1, i
també per efecte de la tensió, que donaria lloc a l'efecte
superelàstic com comentarem a continuació. La Figura 1 representa el volum parcial
de fase martensita en el material en funció de la temperatura. D’aquesta
manera, si el material de partida és completament martensític i l'escalfem a la
temperatura As (Austenita start) comença a transformar a fase
austenítica. La transformació austenítica és completa quan la temperatura
arriba a la temperatura Af (Austenita finish). En aquest moment el
material és completament anstenític, i si el refredem transformarà novament a
la fase martensítica tot definint en el procés dues noves temperatures com són
Ms i Mf (Martensita start i Martensita finish
respectivament). La morfologia que presenten la fase β i la fase martensita apareixen a la Figura 2.
 Figura 1. Evolució de la transformació martensitica en funció de la temperatura
  Figura 2. Micrografies en les quals s' observa la morfologia de la
fase austenitica i la fase martensitica per a un aliatge CuZnAI Martensita induïda per tensió. Efecte
superelàstic
Un aliatge amb memòria de forma exhibeix superelasticitat quan aquesta forma és deformada en un raig de temperatures en el qual es forma martensita termoelàstica sota l’aplicació d’una determinada tensió, i espontàniament desapareix, reverteix a la fase original, quan es deixa d'aplicar la tensió, D'aquesta manera, la deformació produïda és completament recuperable, i a més les deformacions obtingudes i recuperables són molt més nombroses que les dels materials convencionals. Es poden arribar a obtenir deformacions recuperables de fins al 10% en contrast amb els valors propers a l’l% que presenten els acers convencionals. Aquest efecte es pot observar a la Figura 3, on el tram AB representa el comportament elàstic de la fase β i el tram BC, correspon a la formació de martensita induïda per tensió. En aquest darrer tram un petit augment de la tensió aplicada proporciona deformacions elevades.  Figura 3. Representació teòrica Ideal d'una corba superelàstica
Fer la seva banda, el tram CD correspon al comportament
elàstic de la fase martensítica i el tram DF al comportament plàstic de la fase
martensítica. Si abans que es produeixi aquest comportament plàstic es retira
la tensió, el material retorna a la posició original seguint els trams CFGH.
 Figura 4 a i b. Generació d' una tensió de recuperació i capacitat de generar treball en aliatges amb memòria de forma
Efecte memòria de forma L'efecte memòria de forma es basa en el fet que després de deformar el material en estat martensític, aquesta deformació continua, però és recuperable si el material s'escalfa a una temperatura T > Af de manera que s'hi produeixi la transformació inversa i es recuperi la forma original. Aquest efecte es pot observar de manera gràfica a la Figura 4. Aquest efecte es denomina efecte memòria de forma simple perquè només es memoritza la forma calenta, i es distingeix de l'efecte memòria de forma doble en què en aquest es recorden tant la forma freda com la calenta. D'acord amb aquest efecte, podem plantejar aplicacions basades
en una recuperació lliure de la forma, aplicacions basades en la generació
d'una tensió determinada, com s'observa a la Figura 4a, i també aplicacions
basades en la capacitat de realitzar un treball determinat, com es mostra a la
Figura 4b.
L'efecte memòria de forma i el de la superelasticitat
estan directament relacionats entre si. Generalment, tots dos es poden observar
en els mateixos materials i dependran de la temperatura d'assaig i de la tensió
aplicada, de manera que per a una mostra en el règim de temperatures entre As
i Af ambdós efectes tenen lloc simultàniament i parcialment.
Efecte memòria de forma doble
L'efecte memòria de forma doble es basa en la
memorització tant de la forma calenta com de la forma freda. En contraposició
amb l'efecte memòria de forma simple, no calen forces externes perquè es
produeixi, de manera que el pas d'una forma a una altra es realitzarà
simultàniament mitjançant escalfament i refredament del material. Aquest efecte
està representat d'una manera gràfica a la Figura 5, en la qual s'observa com
passa el material, representat a la figura com una molla, d'una forma
determinada (T > AF)a una altra forma (T < Mf)
únicament per efecte de la temperatura, sense necessitat d’aplicar-hi cap mena
d’esforç,
L’efecte memòria de forma doble no és una característica
intrínseca dels aliatges amb memòria de forma, sinó un efecte que es pot induir
a partir de diversos tractaments termomecànics.
 Figura 5. Representació gràfica de l' efecte memòria de forma doble.
Capacitat d’esmorteïment
Els aliatges amb memòria de forma estan considerats com un dels materials metàl·lics amb més capacitat d'esmorteïment ja que la fricció interna que presenten durant l'esmorteïment mecànic dels materials, anomenat també fricció interna, és el resultat d'una transformació irreversible d'energia mecànica en energia tèrmica dissipada. Al mateix temps que disminueix l'amplitud de les oscil·lacions mecàniques a causa de la fricció interna, s'observa també la variació del mòdul de rigidesa (mòdul d'elasticitat longitudinal o mòdul de cisellada segons el tipus de sol·licitació) que està associat al mateix fenomen físic. Altrament dit, la presència d'una elevada densitat d’intercares mòbils entre les variants de martensita i entre la martensita i la matriu β durant la transformació, fa d'aquesta mobilitat un mecanisme important i eficient de dissipació d'energia que a més no afecta significativament altres propietats importants per a l'ús d'aquests materials. Així doncs, es poden considerar dues regions de temperatura per estudiar la fricció interna en aliatges amb memòria de forma: la regió de temperatures en la qual el material és completament martensític i la regió en què la fase β coexisteix amb la fase martensítica. Per a la fase β no s’ha observat una elevada capacitat d'esmorteïment, però sí un fenomen de relaxació. Per a aplicacions en què el material se sotmet a una
vibració contínua a una temperatura constant, una mostra totalment martensítica
ofereix un esmorteïment més estable. D'altra banda, quan la mostra està sotmesa
a càrregues variables (per exemple, a impactes) amb baixa freqüència, la
coexistència de les dues fases és adequada, ja que pot produir martensita
induïda per tensió al mateix temps que produeix un alliberament de calor. La
fricció interna en la fase martensítica és deguda a la mobilitat reversible de
i entre les diferents variants de martensita.
Si es fa una comparació entre la capacitat d’amortiment
que presenten els aliatges NiTi, CuZnAl i CuAlNi, ja que són els tres aliatges
comercialment més importants, s'observa que l’aliatge CuZnAl és el que presenta
més capacitat d'esmorteïment en un factor que és el doble que el del aliatge
NiTi, i encara molt més gran que l’aliatge CuAlNi [87Aer], [87Mel].
Finalment, hem de tornar a remarcar que paràmetres
externs com són la temperatura, el temps, la freqüència i l'amplitud poden
canviar la capacitat d'esmorteïment. Existeixen també variables internes, com
són la mida de gra, la densitat d’intercares de martensita i l'estructura dels
defectes, que poden influir en el comportament esmorteïdor d'aquests aliatges.
En comparació amb els materials
convencionals, es pot dir que els aliatges amb memòria de forma base coure i l’aliatge
NiTi mostren una capacitat d'esmorteïment com a mínim un ordre de magnitud més
alt que els materials clàssics, com són els acers.
Principals aplicacions dels aliatges
amb memòria de forma
A continuació s'exposa un breu resum de les principals aplicacions dels aliatges amb memòria de forma a partir bàsicament d'un criteri d'ús industrial més que de les diferents propietats anteriorment explicades. Dins de cada un d'aquests grups d'aplicacions pràctiques s'esmentaran les més usuals i aquelles que s'espera que es desenvolupin en un futur no molt llunyà. Restitució lliure
Inclou aplicacions en què l’única funció de l'element amb
efecte memòria de forma és causar moviment o deformació.
Ni hi ha gaires aplicacions pràctiques que obeeixin a la
restitució lliure. Per descomptat, no és el grup de més importància industrial.
En són un exemple algunes muntures d'ulleres fabricades amb aliatges amb
memòria de forma que poden recobrar la forma inicial quan es submergeixen en
aigua calenta en el cas que s'hagin deformat accidentalment. Un altre tipus de
muntures d'ulleres recupera també la forma, però aprofitant la superelasticitat
a més de la restitució lliure, tal com veurem en l'últim grup d'aplicacions.
Restitució forçada
Inclou aplicacions en què s'impedeix el canvi de forma de
l'element amb memòria, la qual cosa genera una tensió. En seria un exemple
ideal la restitució d'un anell sobre una barra rígida. En aquest cas hi ha una
part de restitució lliure abans del contacte, però la funció primària de
l'element amb memòria de forma és generar una tensió.
Els usos més importants d'aquest grup d'aplicacions dels
aliatges amb memòria de forma són les juntes i acoblaments de tota mena.
L'aplicació més important és, sens dubte, l'acoblament de tubs i canonades. Els
avantatges que presenten els aliatges amb memòria de forma en aquest camp són
real nificativa: el primer ús fora del laboratori fou acoblar les canonades del
sistema hidràulic de l'avió de combat Grumman F-14. Aquesta innovació permetia un estalvi
d'espai i una compacticitat impensables amb els mètodes tradicionals, i alhora
una gran facilitat d'instal·lació. Més recentment, i aprofitant els avantatges
comentats, aquesta mena d'acoblaments s'han introduït amb èxit en el món industrial
i en la marina, a més de generalitzar-se en el que fou el seu camp pioner,
l'aviació, on les canonades i acoblaments d’aliatges basats en el Ti
representen un estalvi gens menyspreable de massa.
Igualment, existeix una gran varietat d'anells fixadors
per a tota mena d'usos (enginyeria mecànica, aplicacions piezoelèctriques, dispositius
militars, segells hermètics,
tecnologia espacial, etc). El principal avantatge respecte d'altres sistemes
subjectadors o acobladors, com la soldadura, rau en el fer que cal una
temperatura considerablement menor a l'hora d’instal·lar-los, la qual cosa pot
ser molt útil en moltes aplicacions. No hem d'oblidar el gran avantatge que pot
arribar a representar la reversibilitat de l'acoblament, com també la gran
resistència a la corrosió en el cas del Ni-Ti. També cal destacar la mida i el
pes reduïts, la rapidesa i la facilitat d'instal·lació, la gran habilitat i la
resistència a condicions de treball i ambients severs.
Un altre grup important d'aplicacions dins de la restitució
forçada està format pels connectors elèctrics i electrònics, dels quals n'hi ha
una gran varietat, que combinen les seves peculiars i excel·lents propietats
mecàniques amb unes no menys bones propietats elèctriques.
Actuadors
També s'anomenen aplicacions productores de treball, ja
que totes tenen en comú la generació d'un moviment contra una tensió. El cas
ideal seria un filferro o una molla que eleva una determinada massa quan se
l'escalfa. En funció de la massa, de les característiques mecàniques de
l'element en qüestió i del tipus d'efecte memòria de forma (simple o doble), la
molla, en refredar-se, farà que la massa baixi. Tanmateix, en general l'element
actuador amb memòria de forma treballa contra una molla que el fa retornar a
una posició determinada.
S'acostuma a dividir els actuadors en dos tipus: tèrmics
i elèctrics. Aquests darrers són activats a través de corrent continu i se
situen en el marc de la competència amb servomotors, solenoides o controladors
hidràulics i pneumàtics. En comparació amb els elements que substitueixen,
podem dir que són més simples de disseny, silenciosos, compactes i, en general,
menys cars. Els actuadors tèrmics es controlen mitjançant canvis en la temperatura
ambient, i normalment competeixen amb els bimetalls termostàtics. Als
avantatges comentats, cal sumar-hi la capacitat de subministrar un gran
moviment brusc i sobtat, per la qual cosa la superioritat respecte dels
bimetalls és notable.
Encara hi ha un tercer tipus d’actuador, d’escàs interès
comercial, ja que el seu cost inicial és molt elevat i la fatiga fa que la seva
vida no sigui viable més enllà dels 1.000 cicles, a més de tenir un rendiment
molt baix (al voltant del 3%). Ens referim als anomenats motors de calor,
que transformen l'energia tèrmica en mecànica aprofitant propietats de l'efecte
memòria de forma. La teoria no preveu gaire futur per a aquests dispositius,
però successius avenços en la ciència i la tecnologia dels aliatges amb memòria
de forma podrien convertir aquests motors en una alternativa real.
A més de les molles actuadores comentades anteriorment
(que es basen en l'efecte doble memòria de forma o que treballen contra un
altre suport i dels quals es pot fer un ús diferent al termostàtic), cal englobar
en el grup d’actuadors un variat conjunt de dispositius que s'han generalitzat
en l’automoció, la construcció, la valvuleria, la tecnologia espacial i
militar, la detecció d'incendis, el condicionament d'aire, els fusibles
mecànics i elèctrics, el control, la robòtica o la biomedicina. Per la seva
extensió no exposarem un comentari detallat de les aplicacions concretes dins
de cada camp.
Com a mostra de la previsible evolució dels aliatges amb
memòria de forma, podem comparar un automòbil actual, en el qual només hi ha un
parell de dispositius basats en l'efecte memòria de forma, amb un automòbil del
futur pròxim, en els quals els mateixos fabricants preveuen introduir actuadors
tèrmics i elèctrics en tots els seus sistemes bàsics (fins a un nombre
d'aplicacions superior a vint, que reduiran el cost i incrementaran les
prestacions).
Aplicacions superelàstiques
Són aplicacions que tenen l'efecte superelàstic com a
propietat responsable de la seva funcionalitat. Són aplicacions de caire
isotèrmic i impliquen l'emmagatzemament d'energia potencial. Si bé molts
sistemes AMF es podeu comportar com a ressorts superelàstics de grans
prestacions, el principal inconvenient d'aquest grup d'utilitats és l'estret
rang de temperatures en què es pot observar l'efecte superelàstic.
Els usos més importants d'aquest grup d'aplicacions dels
aliatges amb memòria de forma es troben en el camp de la biomedicina. La major
part de les aplicacions superelàstiques comparteixen la seva funcionalitat amb
aplicacions de restitució o actuadores (com exemple, les muntures d'ulleres
superelàstiques, que a més de restituir per si soles petites deformacions poden
recuperar la forma original quan s’escalfen). Les aplicacions biomèdiques no en
són una excepció. N'hi ha una gran diversitat, i les expectatives futures
n'auguren un increment enorme. De fet, les innovacions en
aquest camp són contínues. La biocompatibilitat del Ni-Ti, les seves propietats
superelàstiques i les grans possibilitats que ofereix l'efecte memòria de forma
en un sistema eminentment tèrmic com és el cos humà, fan idònia l'aplicació
d'aquest aliatge amb memòria de forma. Tanmateix, altres sistemes, com el
Cu-Zn-Al, no biocompatibles poden ser utilitzats en aplicacions biomèdiques,
com ara dispositius ortopèdics, aprofitant bé la superelasticitat, la
restitució o la producció de treball, o fins i tot una combinació de totes tres
propietats.
Les aplicacions biomèdiques més importants són les
plaques per a osteosíntesi (implantades en fractures d'ossos), els claus i les
grapes emprats en traumatologia, els separadors vertebrals, implants de tota
mena, agulles tipus Mammalok, filferros guia de diferents usos mèdics,
instrumental artroscòpic, o material odontològic i d'ortodòncia, com els
filferros correctors, la principal característica dels quals és la
superelasticitat. Destaquen també en aquest camp en contínua expansió els
stents autoexpandibles emprats com a elements reformadors d'artèries i venes
més o menys col·lapsades per pèrdua d'elasticitat o per pressió externa.
Utilització d'aliatges amb memòria de
forma en l'enginyeria del disseny
Els models descriptius del procés de disseny generalment posen l'èmfasi en la importància de generar un concepte de solució en una etapa inicial del procés. D'aquesta manera quedaria reflectida la naturalesa del pensament en el disseny “la idea”, o dir d'una altra manera, quedaria enfocada la solució. Aquesta idea de solució inicial se sotmet posteriorment a una anàlisi, avaluació, millora i desenvolupament exhaustius en base a diversos criteris prèviament plantejats i incorporats en “la idea”. Es evident que, per sort o per desgràcia, de vegades l'anàlisi i l'avaluació mostren fallades més o menys importants de “la idea” que fan necessària la rectificació o fins l'abandonament d'aquesta idea, amb la qual cosa es planteja la necessitat de generar una nova idea i tornar a començar el cicle. En aquest nou cicle assoleix una considerable importància la utilització de l'experiència adquirida per conduir el dissenyador cap a la que s'espera que sigui la direcció correcta, si bé sense garantia total d'èxit. Si ens centrem en “la idea” de treball, el dissenyador
crea diversos principis de treball basats en diferents
solucions tècniques com poden ser: solucions basades en
consideracions hidràuliques, pneumàtiques d'efecte de memòria de forma, etc. A
partir d'aquí se selecciona la millor idea en base als criteris previs
plantejats en començar el procés de disseny. En aquest punt del procés de
disseny, el dissenyador necessita fer una anàlisi preliminar. És important
tenir en compte que l'anàlisi de la idea que utilitza materials amb memòria de
forma no es pot portar a terme sense determinar prèviament les propietats del
material, la forma i les dimensions de l’aliatge seleccionat. D'aquesta manera,
per ser capaç d’analitzar el principi de treball en el qual l'efecte de memòria
de forma és utilitzat, el o la dissenyadora necessita incrementar
considerablement el seu coneixement dels factors que controlen el comportament
dels aliatges amb memòria de forma. Aquest fet no afavoreix de manera clara la utilització
dels aliatges amb memòria de forma en el disseny enginyeril. Per obtenir la
Informació necessària, al dissenyador li cal recórrer a la investigació, la
qual cosa requereix un temps i un cost elevats. Així, al dissenyador se li
planteja el risc que la tecnologia basada en l'efecte memòria de forma no
compleixi el principi de treball ideat. Aquest fet porta el dissenyador a
evitar aquest risc utilitzant un principi de treball basat en una tecnologia
convencional i, per tant, a desestimar la idea d'utilitzar aliatges amb memòria
de forma.
Conclusió
En base al desenvolupament exposat, es planteja la necessitat de realitzar un treball coordinat i conjunt entre científics i enginyers de disseny. La idea és madurar la tecnologia dels aliatges amb memòria de forma, per a la qual cosa cal aquest esforç conjunt, que s'encaminaria cap a les direccions següents: Estandardització de materials amb propietats estables i
segures.
· Estandardització de mètodes d'assaig i d'unió d'aquests materials. Obtenció d'una base de dades que abraci des de materials fins a propietats, passant pels mètodes d'assaig i unió. Cal literatura que ofereixi descripcions detallades de desenvolupament de projectes i productes utilitzant aliatges amb memòria de forma. · Reunions i congressos que involucrin dissenyadors i
metal·lurgistes, en els quals es discuteixin i es comentin les necessitats que
facilitaran l'ús dels aliatges amb memòria de forma.
· Cal un ventall complet de materials disponibles que
abracin diferents rangs de temperatures de transformació.
· Cal el coneixement d'equacions constitutives que
descriguin el comportament del material i en relacionin les diferents
propietats termomecàniques. Aquestes equacions seran emprades com a eines
bàsiques de disseny.
· Cal models de procediment de disseny correctes en la
utilització d’aliatges amb memòria de forma.
· Cal el desenvolupament de sistemes adaptatius que
mesurin els canvis en les propietats del material o en el comportament del
producte.
|
Sobre l'autor
FCO. JAVIER PEÑA ANDRÉS
Dpt materials i disseny.
Doctor en Ciències Químiques. Professor d’Elisava Escola
Superior de Disseny.
Relacionat 20 DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY, 2002 | articulo F.J. GIL, M.P. GINEBRA, J.A. PLANELL Biomaterials És ben sabut que la Ciència i Tecnologia dels Biomaterials és una disciplina de creació molt recent. Fins al punt que encara no existeix una normativa sòlida relativa a l'avaluació de la biocompatibilitat dels biomaterials. El treball que presentem pretén introduir el concepte de biomaterial i descriure'n els tipus i les aplicacions mèdiques i quirúrgiques. Els biomaterials conformen una àrea interdisciplinària en què han d'intervenir tant enginyers mecànics i de materials com dissenya dors, biòlegs cel·lulars, metges i cirurgians. La característica que tia de complir qualsevol biomaterial és ser biocompatible. En conseqüència, analitzarem el concepte de biocompatibilitat i les tècniques habituals per avaluar-la. A continuació descriurem els tipus de materials que s'utilitzen com a biomaterials en tecnologia mèdica o bioenginyeria. Finalment, farem una descripció dels aparells o sistemes en els quals trobem aplicació de biomaterials. Aquests aparells cobreixen un espectre tan ampli que inclou tant sutures com pròtesis vasculars o ortopèdiques o fins òrgans artificials. [...]20 DESCRIPTIVA DE MATERIALS. MATERIALS EN EL PROCÉS DE DISSENY, 2002 | articulo SERGIO OLLER, EUGENIO OÑATE Predicció de vida en estructures Aquest treball és una ressenya breu sobre problema de la predicció de vida, o estudi de la durabilitat, dels materials estructurals sotmesos a accions mecàniques, tèrmiques i químiques. Aquest article està enfocat a les tècniques numèriques i ressalta la potencialitat d'aquest tipus d’eina en l’estudi d’estructures sotmeses a fenòmens altament complexos i acoblats. [...] |