Expanded Titanium Meshes Based on Deformational Cutting

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. One of the fields of use of deformational cutting (DC) is the manufacturing of meshes from thin sheet materials. The principle of its production consists in finning of both side of the thin sheet in mutually perpendicular directions with a depth of cut more than half the thickness of the sheet. A significant disadvantage of such meshes is the small effective screening area (the ratio of the total area of holes to the mesh area). One of the promising fields of use of meshes obtained by DC is hernioplasty as titanium implants for the treatment of hernias and reinforcement of bone and soft tissues. Implants require an effective screening area of more than 60 %, high compliance with plastic deformations, and a large specific surface area to hold the tissues sprouting into the implant. In the paper, the DC method is considered as an alternative to the existing titanium woven mesh implants, which have an extremely high cost. Work objective is to study the main relationships of obtaining preforms for meshes by the DC method, the features of mesh stretching, and to analyse the resulting shapes and sizes of mesh cells. In this paper the two-sided finning of thin-sheet blanks of  pure titanium VT1-00 with a mismatched direction of finning of opposite sides of the sheet in the range of fins crossing angles of 1.3o-10o with varying the angle of workpiece undercutting and the fin pitch were studied. The analysis of the stretching mechanics for obtaining rhombic, hexagonal, and parallelogram forms of cells was carried out. Results and discussion. The range of fin pitch and crossing angles that ensure the stability of the DC and stretching stability is set. The shape of the cell depends on the length of the fins bonding obtained on opposite sides of the sheet. Increasing the bond length with by a decreasing the crossing angle leads to the transition of the cell shape from rhombic to hexagonal. A cell in the form of a parallelogram is typical for the fins of the opposite sides, which have differences in bending strength. Conclusions: the method of deformational cutting is an alternative of metal punching for through-cutting sheet metal and polymer for its subsequent stretching in order to obtain meshes. The meshes obtained on the basis of DC have a large surface area and an increased ability to plastic deformation. It is justified to obtain the rhombic, hexagonal, and parallelogram forms of mesh cells. The shape of the mesh cell is controlled by selecting the fins crossing angle and the pitch of the fins on opposite sides of the workpiece. The largest cell size and maximum effective screening area of the mesh are provided by meshes with hexagonal cells form at the fins crossing angles on opposite sides of the workpiece less than 3o.

About the authors

Z. N. Nikolai

Email: zoubkovn@bmstu.ru
D.Sc. (Engineering), Professor, Bauman Moscow State Technical University, 5 Baumanskaya 2-ya, Moscow, 105005, Russian Federation, zoubkovn@bmstu.ru

References

  1. Patent EP 0727269 B1. Method of producing a surface with alternating ridges and depressions and a tool for carrying out the said method / N.N. Zubkov, A.I. Ovchinnikov. – Publ. date 13.09.2000.
  2. Ельчинов В.П., Митин Е.В. Новые нержавеющие кожухотрубные конденсаторы водяного охлаждения: сочетание эффективности и надежности // Холодильный бизнес. – 2014. – № 1. – С. 16–22.
  3. Investigation of heat transfer in evaporator of microchannel loop heat pipe / A.A. Yakomaskin, V.N. Afanasiev, N.N. Zubkov, D.N. Morskoy // Journal of Heat Transfer. – 2013. – Vol. 135, iss. 10. – P. 101006. – doi: 10.1115/1.4024502.
  4. Novel electrical joints using deformation machining technology. Pt. 2. Experimental verification / L. Solovyeva, N. Zubkov, B. Lisowsky, A. Elmoursi // IEEE Transactions on Components, Packaging, and Manufacturing Technology. – 2012. – Vol. 2, N 10. – P. 1718–1722. – doi: 10.1109/TCPMT.2012.2199755.
  5. Шуляк Я.И. Силы резания при деформационном упрочнении аустенитной стали методом деформирующего резания // Известия вузов. Машиностроение. – 2019. – № 1. – С. 12–19. – doi: 10.18698/0536-1044-2019-1-12-19.
  6. Зубков Н.Н., Васильев С.Г., Попцов В.В. Особенности закалочного деформирующего резания // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20, № 2. – С. 35–49. – doi: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-35-49.
  7. Зубков Н.Н. Однопроходное формирование резьб на пластичных металлах деформирующим резанием // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 6–17. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-6-17.
  8. Zubkov N.N., Bityutskaya Yu.L., Voinov S.A. Shaping of heat exchanger pins by deformational cutting // Russian Engineering Research. – 2016. – Vol. 36, N 2. – P. 81–85. – doi: 10.3103/S1068798X16020258.
  9. Zubkov N.N., Sleptsov A.D. Influence of deformational cutting data on parameters of polymer slotted screen pipes // Journal of Manufacturing Science and Engineering. Transactions of the American Society of Mechanical Engineers. – 2016. – Vol. 138, N 1. – P. 011007-1–011007-7. – doi: 10.1115/1.4030827.
  10. Титансодержащие сетчатые эндопротезы, как перспективная группа имплантатов для пластики брюшной стенки / А.А. Казанцев, В.В. Паршиков, К.А. Шемятовский, А.И. Алехин, Д.Л. Титаров, А.А. Колпаков, С.В. Осадченко // Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. – 2016. – № 4. – С. 86–95. – doi: 10.17116/hirurgia2016486-95.
  11. LeBlanc K.A. Implants used for hernioplasty // Laparoscopic and robotic incisional hernia repair / ed. by K. LeBlanc. – Cham: Springer, 2018. – P. 41–84.
  12. Федоров С.А., Самедова Д.А. Опыт применения титанового шелка в стоматологии хирургической // Бюллетень медицинских Интернет-конференций. – 2018. – Т. 8, № 7. – С. 289.
  13. Бадалян А.А., Чернавский А.Ф., Петров И.А. Клинико-психологические основы формирования качества жизни при восстановлении биологического рельефа кости с помощью титанового шелка // Проблемы стоматологии. – 2018. – Т. 14, № 3. – С. 56–63.
  14. Smith D., Graciano C., Martinez G. Recent patents on expanded metal // Recent Patents on Materials Science. Continued as Current Materials Science. – 2009. – Vol. 2, N 3. – doi: 10.2174/1874464810902030209.
  15. Sparks T., Chase G. Filters and filtration handbook. – 6th ed. – Boston, MA: Elsevier, 2015. – 444 p. – doi: 10.1016/C2012-0-03230-9.
  16. Purchas D., Sutherland K. Handbook of filter media. – 2nd ed. – Oxford: Elsevier Advanced Technology, 2002. – 572 p. – ISBN 9781856173759.
  17. Strength to weight ratio research boosts expanded metal // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. – 2006. – Vol. 78, N 5. – doi: 10.1108/aeat.2006.12778ead.020.
  18. Kooistra G.W., Wadley H. Lattice truss structures from expanded metal sheet // Materials & Design. – 2007. – Vol. 28, N 2. – P. 507–514. – doi: 10.1016/j.matdes.2005.08.013.
  19. On the influence of structural defects for honeycomb structure / Z. Wang, Z. Li, W. Zhou, D. Hui // Composites Part B: Engineering. – 2018. – Vol. 142, iss. 1. – P. 183–192. – doi: 10.1016/j.compositesb.2018.01.015.
  20. Design and fabrication of aluminum honeycomb structures based on origami technology / L. Wang, K. Saito, Y. Gotou, Y. Okabe // Journal of Sandwich Structures & Materials. – 2019. – Vol. 21, iss. 4. – P. 1224–1242. – doi: 10.1177/1099636217714646.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».