Materiales con memoria de forma, tipos y aplicaciones
Un material con memoria de forma se define como el que sea capaz de recordar una forma previamente establecida, incluso después de haber sufrido serias deformaciones.
La transformación (Austenita – Martensita) sobre la estructura cristalográfica del material, permite que se organicen los átomos del material sin migración de estos. Es aquí donde se encuentra el “secreto” de los materiales con memoria de forma, la facilidad de cambio de fase Martensita-Austenita.
En el caso de los materiales metálicos, al ser sometidos a una deformación en fase martensítica, mantendrían esta deformación hasta ser calentados, momento en el cual recuperará su forma original. El cambio de fase ocurre al enfriar el material, de modo que a altas temperaturas se obtiene austenita y a bajas, martensita.
Aleaciones con Memoria de Forma
Existen dos Categorías principales dentro los materiales con memoria de forma.
- Categoría Térmica
– Aleaciones metálicas con memoria de forma. (SMAs)
– Polímeros con memoria de forma. (SMPs)
- Categoría Magnética
– Aleaciones Ferromagnéticas con memoria de forma. (FMSAs)
Los materiales con memoria de forma más conocidos son los conducidos de forma térmica, aunque existen otros muy interesantes conducidos de forma magnética. Los magnéticos se encuentran aún en fase de desarrollo y ya se han encontrado resultados satisfactorios en aleaciones como Ni-Mn-Ga.
- Aleación Ni-Ti (Níquel y Titanio) conocida como Nitinol.
- Aleaciones Ni-Ti-X (Donde X es un elemento ternario).
- Cu-Zn-Al
- Cu-Al-Ni
- Fe-Mn-Si
Existen muchas investigaciones en curso, potenciando el sector de la robótica, medicina o aeroespacial, estos materiales podrían lograr avances sin precedente. Pese a todas las investigaciones, los materiales comerciales siguen siendo Ni-Ti y los de base Cu.
Memoria de forma simple
El proceso se lleva a cabo en dos fases como se muestra en la figura… tiene que ser totalmente reversible para que el efecto de forma sea observable.
El procedimiento de dar la forma inicial al material o training, como también se conoce, se lleva a cabo de la siguiente manera.
- Enfriar el material que se encontraba en fase Austenita, hasta una temperatura por debajo de Mf, sin aplicar carga. Esto provoca una transformación martensítica completa sin deformación apreciable.
- Aplicar carga y descarga al material en estado martensítico. Esta secuencia provoca una deformación visible.
Calentar el material hasta una temperatura por encima de Af, sin tensión. Esto hará que el material recupere su forma anterior al enfriamiento, provocando la transformación de Martensita a Austenita.
Usos de los Materiales con Memoria de Forma
Ingenieros y diseñadores mecánicos aprovechan la capacidad única de los materiales con memoria de forma para innovar en diversas aplicaciones industriales. Estos materiales se utilizan en la creación de dispositivos médicos mínimamente invasivos, elementos de sujeción que reemplazan soldaduras difíciles, actuadores en sistemas robóticos para movimientos más naturales, y componentes desplegables en tecnología espacial. Su adaptabilidad permite diseñar mecanismos compactos que se expanden o cambian de forma en condiciones específicas, mejorando la eficiencia y la funcionalidad de los sistemas.
Además, en la industria automotriz y en sistemas de válvulas y tuberías, los materiales con memoria de forma contribuyen a la eficiencia energética y a la automatización de la regulación de flujos, respectivamente. Los diseñadores también integran estos materiales en productos de consumo, como ropa y dispositivos electrónicos, para mejorar la durabilidad y la experiencia del usuario. La versatilidad y las propiedades únicas de estos materiales abren un abanico de posibilidades para soluciones más eficientes y sostenibles en el campo del diseño mecánico y la ingeniería
Ejemplos de Uso
- Cirugía Cardiovascular. Fabricación de stents para implantes coronarios que se implantan mediante un catéter, el cual se mantiene a una temperatura en la fase martensítica hasta el momento del despliegue. Entre otra muchas aplicaciones en la medicina, por ejemplo en las uniones de fractura ósea.
- Satélites: Sistemas de despliegue de paneles solares para satélites.
- Mecanismos mecánicos: La propia transformación en formas predeterminadas después de una deformación da mucha versatilidad de usos en la mecánica y en la industria en general.
- Robótica: La innata propiedad de reaccionar ante el calor para transformar su forma ha generado la posibilidad de sustituir complejos mecanismos en la robótica para poder llegar a simular la acción de los tendones humanos.
- Óptica y ortodoncia: Las aleaciones de cobre-zinc-aluminio, conocidas por su uso a baja temperatura, se emplean en productos como monturas de gafas y brackets dentales, aprovechando su capacidad para volver a su forma original con cambios moderados de temperatura.
- Polímeros con memoria de forma: Estos materiales se están desarrollando como una alternativa para superar limitaciones de los metales, como la fatiga después de deformaciones repetidas. Se investiga su uso en diversas áreas, incluyendo la medicina y la robótica.
