Skocz do zawartości

[Materiały] Nitinol muscle wires


sam.podolsky

Pomocna odpowiedź

Użytkownik Zuk w artykule Nietypowe elementy wykonawcze w robotyce – SMA opisał bardzo dokładnie materiały z pamięcią kształtu. Świetny artykuł, na pewno wart przeczytania! Ponieważ ostatnio zajmowałem się tym tematem, chciałem przedstawić Wam jeden z materiałów SMA - flexinol (flexinol to nazwa własna, właściwie materiał ten to nitinol). Postaram się, by było to niejako krótkie uzupełnienie do powyższego artykułu.

Nitinol – stop niklu i tytanu; zawiera praktycznie równe liczby atomów obu pierwiastków; może przyjmować różne fazy w zależności od temperatury próbki. W niskiej temperaturze jest to martenzyt, natomiast w wysokiej austenit. Istota procesu przemiany martenzytu w austenit i przemiany odwrotnej została opisana w artykule kolegi. (do zrozumienia zjawiska wiedza na temat wykresów żelazo – cementyt z pewnością będzie pomocna).

Maksymalnie upraszczając: nitinol muscle wire który posiadam to cienka metalowa nitka, która pod wpływem temperatury skraca się o parę procent. Przyłożenie napięcia do dwóch końców przewodu wywołuje przepływ prądu przez przewodnik, a ponieważ drut ma rezystancję, wydziela się ciepło (podnosi się jego temperatura).

Parametry:

  • - średnica: 150 µm
  • - rezystancja liniowa: 50 Ω/m
  • - zalecana moc: 8 W/m
  • - liczba cykli (skrócenie, potem powrót do pierwotnej długości): 20 cykli/min
  • - zalecane wydłużanie: od 3 do 5 %
  • - moduł Younga dla poszczególnych faz: martenzyt 28 GPa, austenitu 75 GPa.

Właściwości temperaturowe (posiadam nitinol niskotemperaturowy LT)

  • - początek skracania: 68 ℃
  • - koniec skracania: 78 ℃
  • - początek odpuszczania (powrotu do pierwotnej długości): 52 ℃
  • - koniec odpuszczania: 42 ℃

A teraz najciekawsze parametry, mianowicie...

Pojedyncza nitka o średnicy 150 µm, długości 10 cm i wadze 11.5 mg może podnieść (pionowo w górę, bez żadnego ramienia) ciężar o masie 330 gram. Oznacza to, że taki muskuł może podnieść ciężar o masie 30 tysięcy razy większej od samego aktuatora - chyba w liczeniu się nie pomyliłem :-> !

By zaprezentować możliwości muscle wire, zbudowałem ramię, które w odległości L od osi obrotu ma zaczepiony odważnik i jest podciągane przez nitkę nitinolu, zaczepioną w odległości 1/9 L od osi obrotu. Za odważnik posłużyły mi baterie paluszki (AA).

Widok ogólny urządzenia. Nitka nitinolu jest praktycznie niewidoczna.

Na poniższych zdjęciach starałem się uchwycić aktuator.

Pierwsze obciążenie- bateria AA wraz z woreczkiem ważą 24.8 grama.

Drugie obciążenie- dwie baterie AA (różnych producentów) wraz z woreczkiem ważą 54.3 grama.

Pomimo iż poniżej widać potencjometr, który steruje wartością napięcia przykładanego do aktuatora, sterowanie jest dwustanowe. Albo nitka nitinolu jest skrócona, albo nieznacznie się wydłużona pod wpływem założonego obciążenia.

Stopy takie jak nitinol intensywnie badano w Stanach w latach 60’ i 70’. Mają świetne właściwości, a przecież w dziedzinie aktuatorów jakoś specjalnie się od tego czasu nie rozpowszechniły. Wydaje mi się, iż jest to spowodowane kilkoma czynnikami: materiały te są trudne do wysterowania, bardzo powolne w działaniu, mają bardzo mały skok. Ich zaleta, jaką jest ogromna siła w porównaniu do masy wydaje się być niewystarczająca.

Czy gdzieś jednak tak ciekawy materiał okazał się przydatny? W 1967 firma Raychem Corporation z Menlo Park w Kalifornii prowadziła intensywne badania nad materiałami SMA. Na początku lat 70’ używali dwóch materiałów: Betalloy – miedziano – cynkowe SMA oraz Tinel – stop niklu i tytanu z temperaturą przemiany poniżej 0℃. Stosując drugi materiał zaprojektowali złączki do rur w instalacjach hydraulicznych w samolotach. Złączki zakładane są na rury w temperaturze minus 200 ℃. Jak temperatura się podnosi, to złączki zwężają się o około 8 % (patrząc na średnicę), dzięki czemu zapewniają solidne i szczelne połączenie. Obecnie złączki takie produkuje firma Aerofit, Inc.

W celu dalszej lektury zdecydowanie polecam stronę producentów Flexinolu Dynalloy, Inc. Produkowane przez nich materiały można kupić w kanadyjskim RobotShop.ca. Inteligentne materiały dostępne są też w polskim sklepie Smartpol.

Link do komentarza
Share on other sites

Witam.

Widzę typową aplikację przedstawiającą aktuatory cięgnowe SMA 😉

Fajnie, że jeszcze ktoś inny się tym zajmuje...

Zamierzasz jakieś bardziej wyrafinowane konstrukcje też projektować ??

A spotkałeś się może z serwem modelarskim napędzanym za pomocą SMA ??

http://www.micronradiocontrol.co.uk/toki.html

Właśnie mam takie zamówione i czekam na przesyłkę...

Co do nierozpowszechniania SMA - masz czajnik elektryczny w domu ??

czujnik bimetalowy - to właśnie przykład zastosowania SMA w życiu codziennym 😉

Link do komentarza
Share on other sites

Podchodziłem do tematu wysterowania nitinolu, ale przy próbkach które posiadam skok jest rzędu paru milimetrów - nie mówiąc o samej charakterystyce tego materiału. Słyszałem, że dużo lepsze przesunięcia można uzyskać przy zastosowaniu sprężynek z nitinolu. Dalszy projekt? Chciałbym skonstruować silnik w oparciu o ten materiał, taki jak tu na filmiku

czujnik bimetalowy - to właśnie przykład zastosowania SMA w życiu codziennym 😉

a bimetal to nie są dwa kawałki metalu o różnej rozszerzalności cieplnej złączone ze sobą? ma to coś wspólnego z SMA?

Link do komentarza
Share on other sites

No właśnie nie.

We wspomnianych czajnikach te 2 metale to stop Ni i Ti...

Jakby interesowało Cię sterowanie Nitinolem

to polecam metodę SBC (Segmented Binary Control)

bardzo ciekawa i nie przejmujesz się pętlą histerezy.

Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Zuk, powiem szczerze, że nie sądzę aby którykolwiek z producentów wkładał do czajnika nitinol, skoro na pewno tańszym i do tej pory stosowanym rozwiązaniem były blaszki z żelaza i miedzi.

Link do komentarza
Share on other sites

Też się zdziwiłem jak się o tym dowiedziałem...

Blaszki w czajnikach są materiałem jednorodnym więc nie są to na pewno 2 blaszki

NiTinol ma na pewno zaletę w porównaniu z blaszkami z miedzi i żelaza

mianowicie można w pewnych granicach mechanicznie przesuwać jego charakterystykę załączania.

Akurat czajniki to najprostszy przykład i może mało ciekawy,
ale klimatyzatory, i inne układy regulujące ciepło lub przepływ ciepła posiadające czujniki typu dwustanowego z histerezą posiadają czujniki nitinolowe.

Link do komentarza
Share on other sites

Niestety nie mam możliwości przebadać materiału, z jakiego

zrobione są te czujniki które mam wymontowane z czajnika...

Ale na pewno wyglądają na strukturę jednorodną, bez żadnych napyleń itp.

Ale o ile mnie pamięć nie myli to termostaty ze starych żelazek wyglądały inaczej

(m.in. inny kolor materiału termoczułego) a tam to były bimetale.

Poza tym czujnik bimetalowy jest większy:

They often fit into tight spaces in given designs, where other thermal actuators, like thermostatic bimetals or wax actuators, would require a major redesign of the product. In flow-control or oil pressure control valves, for example, helical springs can be placed in the fluid path, without restricting the flow. Thus, they provide fast response to changes in temperature. Shape memory actuators have been used successfully in the areas of thermal compensation, thermal actuation, and thermal protection.

A poza tym nie tylko stop NiTi wykazuje zjawisko SME (pamięci kształtu):

Ag—Cd, Au—Cd, Cu—Al—Ni, Cu—Sn, In—Ti, Ni—Al, Ni—Ti, Fe—Mn—Si, Cu—Zn-A, Cu—Al—Ni

więc czujnik w czajniku może być wykonany z innego stopu.

Link do komentarza
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Anonim
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.