Tool Wear Impact On The Superelasticity Of A Wrought And Additive Manufacturing Nitinol For Biomedical Applications

Nitinol, a Nickel-Titanium alloy, is widely recognized for its application across various fields, particularly in biomedical engineering, owing to its unique properties of superelasticity and shape memory. Superelasticity allows the material to revert to its original shape after significant deformation when the applied load is removed. The shape memory aspect refers to the alloy's capacity to regain its original austenitic structure when heated. Additive manufacturing, particularly laser powder bed fusion, is used to create complex structures and custom implants that require machining to achieve final shapes. However, machining Nitinol poses challenges due to its high-strain hardening and unique stress-strain properties. This thesis examines the effects of tool wear on the superelastic properties of Nitinol by comparing the machining of wrought and additively manufactured pieces at different cutting speeds. The study analyzes tool wear, surface roughness, and cutting forces over various cutting lengths. It also evaluates the machined surfaces in terms of characteristic thermal temperatures and microstructural changes. The findings provide significant insights for preserving the unique properties of Nitinol in biomedical applications, emphasizing the crucial relationship between tool wear and superelastic behavior.

Il Nitinol, una lega di Nichel-Titanio, è ampiamente riconosciuto per la sua applicazione in vari campi, in particolare nell'ingegneria biomedica, grazie alle sue proprietà uniche di superelasticità e memoria di forma. La superelasticità consente al materiale di ritornare alla sua forma originale dopo una deformazione significativa quando il carico applicato viene rimosso. La memoria di forma si riferisce alla capacità della lega di recuperare la sua struttura austenitica originale quando viene riscaldata. La fabbricazione additiva, in particolare la fusione a letto di polvere tramite laser, è utilizzata per creare strutture complesse e impianti personalizzati che richiedono la lavorazione meccanica per ottenere i prodotti finali. Tuttavia, la lavorazione del Nitinol pone delle sfide a causa del suo elevato incrudimento e delle sue proprietà uniche di sollecitazione-deformazione. Questa tesi esamina gli effetti dell'usura dell'utensile sulle proprietà superelastiche del Nitinol, confrontando la lavorazione di pezzi fabbricati tradizionalmente e prodotti in modo additivo a diverse velocità di taglio. Lo studio analizza l'usura utensile, la rugosità superficiale e le forze di taglio su diverse lunghezze di taglio. Inoltre, valuta le superfici lavorate in termini di temperature termiche caratteristiche e cambiamenti microstrutturali. I risultati forniscono spunti significativi per preservare le proprietà uniche del Nitinol nelle applicazioni biomediche, sottolineando la relazione cruciale tra usura degli utensili e comportamento superelastico.