Tubos de titanio: 6 claves para ingenieros

Algunos pros y contras a considerar sobre los tubos de titanio

Como en Metal Cutting somos especialistas en corte de tubos metálicos a medida, a menudo nos consultan para conocer más sobre las ventajas o desventajas de diferentes materiales de tubos.

El tubo de titanio es un tema interesante porque es un material que ofrece beneficios únicos pero también plantea desafíos distintos. Aun así, el titanio se usa en algunos dispositivos médicos y otras aplicaciones donde sus características únicas son beneficiosas.

1. Atributos deseables del tubo de titanio

El tubo de titanio se usa a menudo por su resistencia química superior, muy por encima de la del acero inoxidable grado 304 o incluso grado 316.

Como material de alta resistencia, bajo peso y alta resistencia a la corrosión, el titanio proporciona una alta relación resistencia-peso que lo hace una buena opción para una amplia gama de aplicaciones de tubos. Por ejemplo, Metal Cutting fabrica una variedad de piezas de titanio, incluyendo:

• Tubos radiados de pequeño diámetro para aplicaciones automotrices
• Tubos redondos pequeños de titanio usados para cápsulas de semillas en braquiterapia
• Tubos de titanio de pared delgada para carcasas de contenedores químicamente activos usados en ciencias de la vida

Los tubos de titanio también son útiles en instrumentos analíticos, como para cromatografía y otras aplicaciones donde el tubo debe:

• Resistir exposición repetida
• No interactuar con muchos tipos diferentes de químicos y otras sustancias

Otra ventaja del tubo de titanio en dispositivos médicos es que es biocompatible. No solo el cuerpo humano tolera el uso de titanio (lo cual ya es importante), sino que también es no magnético —un rasgo cada vez más importante a medida que el uso de resonancia magnética (RM) se vuelve más común en diagnósticos médicos.

Desde una aguja cardíaca colocada temporalmente hasta un reemplazo de articulación ósea (esperemos que) permanente, la compatibilidad con RM es importante para cualquier dispositivo médico que se inserte o implante en el cuerpo por cualquier período de tiempo y donde un material ligeramente magnético sería peligroso.

De lo contrario, lo que se supone es una prueba diagnóstica no invasiva podría arrancar un dispositivo metálico del cuerpo. ¡Necesario decir que eso NO es un buen resultado!

2. Notable variedad de grados y recetas para tubos de titanio

Otra gran cosa del titanio es que, al igual que hay diferentes tipos de acero inoxidable, hay muchos grados diferentes de tubo de titanio.

Por ejemplo, ASTM tiene una variedad de estándares (principalmente B265, B348 y B381) relacionados con las "recetas" para grados de titanio usados en diferentes aplicaciones. Si mira las especificaciones, verá que incluso hay múltiples grados para titanio sin alear.

La aleación de titanio comercialmente más común, grado 5, ofrece alta resistencia y tenacidad. Y a diferencia del titanio puro, el titanio grado 5 es tratable térmicamente, permitiendo que se suelde y fabrique para tubos y otros usos en aplicaciones aeroespaciales, marinas, químicas y médicas.

3. Tubos de titanio con memoria de forma

Para aplicaciones que requieren memoria de forma, también podría considerar tubo de titanio disponible en forma de níquel-titanio, o NiTi (también llamado nitinol), que es su propia categoría de producto separada.

Aunque en teoría el material es una mezcla 50/50 de níquel y titanio, NiTi nunca es exactamente eso. De hecho, NiTi siempre es una mezcla personalizada, sin especificación ASTM y con cada fabricante teniendo su propia fórmula única y propietaria.

NiTi se usa a menudo para producir tubos médicos que requieren un alto grado de flexibilidad y resistencia al plegado, como guías de catéter, stents y agujas superelásticas para microcirugía. Cuando se trata adecuadamente, el material también ofrece excelente resistencia a la corrosión.

4. Desafíos de trabajar con titanio

Por supuesto, ningún material lo es todo para todas las aplicaciones, y el titanio no es una excepción.

Comparación con acero inoxidable

Una de las dificultades es que el material es algo más frágil y más difícil de estirar que el acero inoxidable. Esto hace que el titanio sea más difícil de trabajar.

Aunque el titanio puede estirarse en un tubo, el proceso no produce la superficie lisa que resulta al estirar acero inoxidable. Hay empresas que pueden estirar titanio hasta Ra 8-10 microinch; sin embargo, el acero inoxidable puede estirarse a un Ra 3-4 microinch sustancialmente más liso o mejor.

El interior más rugoso del tubo de titanio puede afectar las propiedades microfluídicas de cualquier líquido que deba moverse a través del tubo. Esto puede ser un problema en aplicaciones donde el flujo suave del líquido es especialmente importante.

Para la mayoría de aplicaciones de dispositivos médicos, donde el tubo transportará sangre y otros fluidos corporales, esto no es una preocupación. Sin embargo, la turbulencia es un problema grave en aplicaciones donde el tubo debe transportar volúmenes diminutos de fluido.

Maquinabilidad del tubo de titanio

Al ser un material más frágil y menos indulgente, el titanio también es más difícil de mecanizar. Cuanto más tenga que hacer al titanio para lograr su producto final, mayores serán las posibilidades de tener problemas con astillado y otros problemas de rugosidad superficial.

El mecanizado de titanio también requiere más refrigerante que otros materiales. Refrigerante a alta presión debe entregarse precisamente en el lugar de mecanizado desde múltiples boquillas y ángulos, para inundar la zona con refrigerante.

Además, el titanio rara vez se usa para las uniones de tubos. De hecho, para dispositivos médicos en particular —donde se requiere mucho mecanizado para crear ensanchamientos, conicidades y roscas en los puntos de conexión— el metal de cualquier tipo es una parte muy pequeña del mercado de accesorios para tubos.

En su lugar, los accesorios para tubos de dispositivos médicos a menudo usan PEEK (poliéter éter cetona) de alta durabilidad u otros plásticos especializados que pueden moldearse y mecanizarse más fácilmente.

5. El coste del tubo de titanio

Tanto en los pros como en los contras, el coste del tubo de titanio también debe considerarse.

Históricamente, porque el titanio no se usa tan frecuentemente como material como el acero inoxidable, solo hay unos pocos proveedores pequeños que fabrican tubo de titanio. Además, viene en menos tamaños estándar, requiriendo mayor tiempo de entrega para producir tamaños personalizados, lo que a su vez también aumenta el coste.

Por tanto, el tubo de titanio es un material del que debe estar SEGURO de que REALMENTE necesita —no algo para elegir a la ligera— si va a especificarlo.

Aquí hay un consejo adicional: Desde un punto de vista práctico, cuando se necesita titanio para un producto final, las empresas a menudo prototipan el diseño del producto en otro metal menos costoso para probar la factibilidad y función. Si las pruebas iniciales validan el diseño, luego puede re-testarse usando titanio.

Con una variedad tan notable de opciones de tubo de titanio, es vitalmente importante especificar siempre qué tipo y grado particular quiere —ya sea titanio puro, una de las muchas aleaciones, o una fórmula NiTi— para optimizar la fabricabilidad de su producto.

(Aprenda más sobre Optimización para fabricabilidad en abastecimiento de piezas pequeñas.)

6. Expertos en corte de tubo de titanio

Si ES el material apropiado para su aplicación específica de tubos, puede confiar en que Metal Cutting sabe cómo cortar titanio. De hecho, podemos cortar, mecanizar o acabar cualquier tipo y grado de tubo de titanio que pueda necesitar.

Rutinariamente cortamos, rectificamos, lapeamos y pulimos tubos en longitudes tan cortas como 0,006" (0,152 mm) con espesores de pared tan delgados o diámetros internos tan pequeños como 0,001" (0,025 mm) —en cualquier metal, incluido el titanio. (Nos gusta decir que si el diámetro puede estirarse, podemos trabajar con él.)

También podemos cortar tubos recubiertos con precisión sin dañar el recubrimiento y manteniendo la concentricidad y un interior limpio. Además del corte de titanio, podemos personalizar tubos con características como cortes en ángulo, ranuras, puntas y agujeros.

Para discutir tubo de titanio u otros materiales para sus necesidades de aplicación, solo llámenos. También puede aprender más sobre mecanizado de dispositivos médicos y tubos metálicos en nuestro libro blanco gratuito y descargable Tubos médicos en el siglo XXI: ¿Quién los necesita?