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Dokumentenidentifikation DE69737410T2 29.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000858558
Titel VERTEILTER BETÄTIGER FÜR ZWEIDIMENSIONALE FORMGEDÄCHTNISLEGIERUNGEN
Anmelder Medtronic, Inc., Minneapolis, Minn., US
Erfinder MAYNARD, Ronald S., San Jose, CA 95131, US
Vertreter Dr. Weber, Dipl.-Phys. Seiffert, Dr. Lieke, 65183 Wiesbaden
DE-Aktenzeichen 69737410
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.09.1997
EP-Aktenzeichen 979407558
WO-Anmeldetag 03.09.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/US97/15430
WO-Veröffentlichungsnummer 1998010190
WO-Veröffentlichungsdatum 12.03.1998
EP-Offenlegungsdatum 19.08.1998
EP date of grant 28.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse F03G 7/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP

Beschreibung[de]
TECHNISCHER HINTERGRUND

Das Gebiet der vorliegenden Erfindung betrifft im allgemeinen Formgedächtnislegierungsbetätiger (SMA) und Elemente, die diese Legierungen enthalten. Genauer gesagt betrifft das Gebiet der Erfindung eine räumlich verteilte Betätigungseinrichtung für das steuerbare Verändern der lokalen Form und der Biegungskräfte einer SMA-Platte.

Materialien, die ihre Form in Antwort auf äußere physikalische Parameter ändern, sind bekannt und geschätzt in vielen technischen Gebieten. Beispielsweise wird die Geometrie eines piezoelektrischen Kristalls durch ein elektrisches Feld verändert. In gleicher Weise ist die makroskopische Form einer SMA empfindlich gegenüber Temperatur. Ein SMA-Material erfährt einen mikrostrukturellen Übergang von einer martensitischen Phase bei tiefer Temperatur in eine austenitische Phase bei einer hohen Temperatur. Wenn die Legierung in der martensitischen oder Tieftemperaturphase ist, zeigt die SMA eine geringe Festigkeit und kann leicht um bis zu 8 % in jede Richtung gedehnt werden ohne deren Speichereigenschaften nachteilig zu beeinflussen. Mit Erwärmen auf ihre Aktivierungstemperatur wird die SMA zwei- oder dreimal fester, wenn sie ihren austenitischen Zustand erreicht. Zusätzlich versucht die SMA bei der höheren Temperatur sich selbst auf atomarem Niveau zu reorganisieren, um sich an eine vorher eingedruckte oder „gemerkte" Form anzupassen. Nützliche Bewegungen und Kräfte können von einem SMA-Element extrahiert werden, wenn es versucht, sich in seine vorher gemerkte Form zu bewegen. Wenn ihr die Abkühlung erlaubt wird, kehrt die SMA in den weichen martensitischen Zustand zurück.

Eine Form kann in eine SMA „eintrainiert" werden durch Erwärmen der Legierung deutlich über ihre Aktivierungstemperatur auf ihre Temperungstemperatur und Halten der Legierung auf dieser Temperatur während einer Zeitperiode. Für ein TiNi-SMA-System besteht das Temperprogramm aus geometrischem Einschränken der Probe und deren Aufheizen auf näherungsweise 510 °C für 15 Minuten. In den meisten Fällen wird die Funktionalität erweitert, wenn man eine Kaltumformung zuläßt, die den Temperzyklus verkürzt.

Der Punkt, bei dem eine SMA aktiviert wird, ist eine intrinsische Eigenschaft des Materials und hängt von der stöchiometrischen Zusammensetzung ab. Für eine typische Form der Gedächtnislegierung, wie z. B. TiNi (49:51), erzeugt eine Veränderung des Legierungsverhältnisses von 1 % eine Verschiebung der Übergangstemperatur um 200 °C. Binäre Formgedächtnislegierungen, wie z. B. TiNi (manchmal als Nitinol bezeichnet) können einen großen Bereich von Übergangstemperaturen haben. Für Nitinol kann die atomare Zusammensetzung für einen Phasenübergang eingestellt werden bis zu 100 °C hoch und bis hinunter zu –20 °C oder mehr. Materialien mit einem Übergang unter 0 °C zeigen superelastisches Verhalten. D.h., sie können bei Raumtemperatur sehr starke Dehnungen reversibel überstehen. In der medizinischen Gemeinschaft werden superelastische Rezepturen von Nitinol üblicherweise bei „steuerbaren" Führungsdrähten eingesetzt.

Im Gegensatz zu den passiven Eigenschaften einer superelastischen SMA erfordert ein Betätiger, der gegenüber seiner Umwelt Arbeit verrichten muss, eine SMA, die in der Lage ist, nützliche Kräfte und Bewegungen für eine gegebene Eingabe von Wärmeenergie zu erzeugen. Da die meisten thermischen Vorrichtungen ihre ungenutzte Wärme an die Umgebung abgeben müssen, die in den meisten Fällen nahe Raumtemperatur liegt, werden üblicherweise SMAs mit höheren Übergangspunkten als aktive Betätigerelemente verwendet. Während den Phasenveränderungen wird eine SMA eine maximale reversible Dehnung von bis zu 8 % zeigen, während eine Rückstellkraft von 35 Tonnen pro Quadratinch oder mehr erzeugt wird.

Es ist bekannt, SMA-Betätiger in konventionellen steuerbaren Elementen, wie z. B. Kathetern zu verwenden. Eine solche Anwendung, wie im US-Patent Nr. 4,543,090 beschrieben, beinhaltet einen konventionellen steuerbaren und richtbaren Katheter unter Verwendung von SMAs als Steuerelemente. Diese Vorrichtung und andere konventionelle steuerbare Vorrichtungen, die SMA-Elemente verwenden, sind hinsichtlich ihrer Gewandtheit stark begrenzt. Die Bewegung ist auf eine einzelne Ebene begrenzt. Ein SMA-Element kehrt nicht notwendigerweise in seiner Voraktivierungsform mit Abkühlung zurück. Somit muss, um eine reversible Bewegung zu erreichen, eine Einrichtung bereitgestellt werden, um das inaktive SMA-Element in eine Form zurückzubringen, die sich von der trainierten Form unterscheidet. Dies kann verwirklicht werden mit aktiven oder passiven Komponenten. In der passiven Konfiguration wird eine Rückzugfeder bereitgestellt, die gerade stark genug ist, um das SMA-Element in seinen martensitischen Zustand zu dehnen. Wenn aktiviert, besitzt das SMA-Element genügend Kraft, um die Rückzugfeder zu überwinden und leistet Arbeit gegenüber der Umgebung, wenn es seinen gespeicherten bzw. memorierten Zustand erzielt.

In einer aktiven oder entgegenwirkenden Konfiguration muss jedes SMA-Element mit zumindest einem anderen SMA-Element verbunden sein. Wenn ein SMA-Element auf eine Aktivierungsgrenze aufgewärmt wurde, stellt es eine ausreichende Kraft bereit, um den nichtaktiven Betätiger in eine gewünschte Richtung zu dehnen. Die umgekehrte Bewegung wird verwirklicht durch Umkehren der Aktivierungsordnung.

Ein Kontraktions-Extensionsmechanismus unter Verwendung von Befestigungspunkten, die aus einem SMA-Material gemacht sind, wird von Komatsu et al. in dem US-Patent Nr. 5,335,498 beschrieben. Der beschriebene Mechanismus ist ein Betätigerstreifen mit mehreren Verbindungen. Wärmeelemente oder formsteuernde Heizer sind integral über den Komponentenverbindungen des Betätigers befestigt. Das Leiten von ausreichend Strom durch die Heizer veranlaßt, daß sich der Streifen an den Verbindungen in der Art eines Balgs kontrahiert. Eine dreidimensionale Bewegung kann auf Objekte ausgeübt werden durch eine geometrisch geeignete Anordnung solcher Betätiger. Unglücklicherweise ist der Extensions-Kontraktionsmechanismus ebenso begrenzt. Jeder Streifen kontrahiert und erweitert sich in nur einer Richtung. Konventionelle Anordnungen von SMA-Streifen, um eine dreidimensionale Bewegung auf Objekte auszuüben, sind nicht praktikabel, da solche Strukturen übermäßig groß und sperrig sind. Dies liegt an der Tatsache, dass solche Strukturen nicht lokal steuerbar sind und für ihren Betrieb erhöhte Energiemengen benötigen.

Das US-Patent Nr. 5,405,337, ausgestellt auf den vorliegenden Anmelder, lehrt einen flexiblen VLSI-Film, der SMA und Betätigerelemente und einen verknüpften Steuer- und Treiberschaltkreis enthält. Der Film ist um ein biegbares Element gewickelt, wie z. B. eine flexible, hohle Röhre, ein Katheter oder dergleichen. Somit sind die SMA-Betätigerelemente räumlich um den Umfang eines biegbaren Elementes verteilt. In einem Aspekt der Erfindung wird eine verteilte SMA-Anordnung auf einem flexiblen isolierenden Film bereitgestellt durch Sputtern einer SMA-Legierung und Bemustern der einzelnen Materialinseln mit reaktiven Ionenätzen (REI), plasmaunterstütztem Ätzen, Abtrennung oder dergleichen. Die individuellen SMA-Betätiger können dann direkt mit elektrischem Strom (konduktive SMA) erwärmt werden oder können erwärmt werden durch einen Kontakt mit einer benachbarten Wärmequelle (nicht leitfähige SMA). Da der SMA-Betätigerfilm um eine flexible Röhre gewickelt ist, erzeugt die Aktivierung des SMA-Films eine Bewegung in drei Dimensionen.

Obgleich dieser Ansatz effektiv ist, sind die damit verbundenen Herstellungskosten hoch. Das Bemustern des SMA-Films unter Verwendung von konventionellen VLSI-Verfahren kann teuer sein und gesputterte SMA-Filme, die dicker als näherungsweise 10 &mgr;m sind, sind gegenwärtig schwer herzustellen. Der Druck bzw. die Spannung, die in einem gesputterten Film mit einer größeren Dicke angesammelt wird, verursacht häufig, dass der Film reißt. Gegenwärtige Anstrengungen, die das Sputtern von geheizten Substraten beinhalten, können jedoch diese zerstörenden inneren Kräfte abschwächen.

Ein zweites Problem mit gesputterten SMA-Materialien ist, dass die atomare Zusammensetzung und die Form der gesputterten Filme sich signifikant von dem des Vorgängerziels unterscheiden kann. Beispielsweise im Fall einer binären SMA, wie z. B. 50/50 TiNi erzeugt, wenn die sputternden Ionen die Oberfläche eines Ziel streifen und einzelne Atome aus Ti und Ni befreien, erzeugt die Differenz im Dampfdruck zwischen diesen beiden Elementen eine signifikante Veränderung in der 50/50-Zusammensetzung in der Dampfphase und der nachfolgenden Abscheidungsphase. Zusätzlich muss die Kornstruktur des abgeschiedenen Films sorgfältig gesteuert werden für eine effiziente SMA-Betätigung.

Was dann benötigt wird, ist ein günstiges Verfahren für das Erzeugen einer verteilten SMA-Betätiger-Anordnung, die sich nicht stark verlässt auf die VLSI-Bemusterung und Sputter-Techniken. Insbesondere wäre es von Vorteil, wenn eine Platte aus SMA-Material direkt vom Bulk-, Draht- oder Plattenbestand erhalten werden kann, ohne die Kornstruktur der Zusammensetzung nachteilig zu verändern. Eine verteilte Anordnung von adressierbaren Heizern und verknüpfte Elektronik könnte dann direkt auf dem SMA-Film aufgemustert werden. Es wäre ebenso von Vorteil, die Anzahl von Schnitten, die im SMA-Film notwendig sind, zu begrenzen, so dass eine automatische Säge, ein abrasiver Wasserstrahl, ein Laserschneider, eine elektronische Entladungsmaschine oder dergleichen mit ökonomischem Vorteil eingesetzt werden könnten.

Die WO 9419051-A beschreibt einen flexiblen VLSI-Film, der Formgedächtnislegierung enthält. SMA-Betätigerelemente und der verknüpfte Steuer- und Treiberschaltkreis werden um irgendein biegbares Element gewickelt, wie z. B. eine flexible hohle Röhre oder eine Katheterröhre.

ZUSAMMENFASSUNG

Es wurde herausgefunden, dass SMA-Elemente effizienter hergestellt werden können und zu niedrigeren Kosten durch die Verwendung einer zweidimensionalen Schicht, die ein SMA-Material mit einer verteilten Aktivierungseinrichtung für das Heizen des SMA-Materials enthält, die auf der Schicht montiert sind. Die zweidimensionale Schicht hat eine genügend kleine Dicke, um den seitlichen Wärmefluß zu beschränken. Abhängig vom Typ des SMA-Materials können SMA-Elemente elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend sein. Die verteilte Aktivierungseinrichtung weist zumindest ein Heizelement auf, das auf der zweidimensionalen SMA-Schicht angeordnet ist und sich über einen benachbarten Abschnitt der zweidimensionalen Schicht erstreckt für das lokale Erwärmen dieses Abschnittes. In Antwort auf eine aufgebrachte Aktivierungsenergie nimmt der aktivierte Abschnitt der zweidimensionalen Schicht eine vorbestimmte Form ein.

Im Fall von elektrisch leitfähigen SMA-Materialien wird ein elektrischer Isolator zwischen der zweidimensionalen Schicht und der Heizelemente positioniert. Der elektrische Isolator ist ausreichend dünn, um sicherzustellen, dass die Wärme, die von den Heizern erzeugt wird, zu der SMA, die in der zweidimensionalen Schicht liegt, übertragen wird. Vorzugsweise wird der elektrische Isolator aus der Gruppe ausgewählt, die besteht aus isolierenden organischen Polymeren, anorganischen Isolatoren, Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumcarbid oder dergleichen und Polytetrafluorethylen. Für SMA-Materialien, die selbst elektrische Isolatoren sind, wird kein zusätzlicher elektrischer Isolator gebraucht.

Eine Steuereinheit wird bereitgestellt für das Leiten eines elektrischen Stroms durch eine Kombination der Heizelemente. Auf diese Art und Weise erwärmt jedes Heizelement, das zu der Kombination gehört, seinen benachbarten Abschnitt der zweidimensionalen Schicht und veranlasst, dass dieser Abschnitt eine vordefinierte Form einnimmt. Im Ergebnis nimmt die zweidimensionale Schicht eine vorbestimmte Form ein.

Die SMA-Schicht kann vortrainiert sein, um eine spezifische Form einzunehmen, entweder vor der Bemusterung der Heizer oder nachdem die Heizer festgelegt wurden.

Vorzugsweise werden die Heizelemente und die elektrische Isolation entsprechend VLSI- oder Mikrobearbeitungstechniken hergestellt, die in der Technik gut bekannt sind. Der Steuermechanismus beinhaltet vorzugsweise einen Stromgenerator und eine Steuereinheit für das Auswählen einer gewünschten Kombination aus Heizelementen. Zusätzlich werden ein oder mehrere Biegesensoren, wie z. B. Spannungsmeßgeräte auf der zweidimensionalen Schicht montiert, um den lokalen Biegezustand anzuzeigen. Diese Sensoren können verwendet werden, um Information weiterzuleiten, die die resultierende Form der zweidimensionalen Schicht repräsentiert.

Ein Aspekt der Erfindung stellt das Abscheiden zusätzlicher Schutzschichten auf der zweidimensionalen Schicht bereit. Solche Schutzschichten können verwendet werden für die mechanische Stabilisierung oder für einen kontrollierten Grad der thermischen Isolation. Ein anderer Aspekt der Erfindung erhöht die thermische Übertragungsleistung durch Einschließen einer Anordnung von Peltierelementen, Kühlgebläsen oder dergleichen.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung werden Verfahren der offenen und geschlossenen Schleifensteuerung verbessert durch den Einschluß von ein oder mehreren thermischen Sensoren, die auf der SMA-Schicht montiert sind. Thermische Sensoren erreichen mit Vorteil das schnelle Zykeln der SMA-Betätiger ohne eine maximale Betriebstemperatur zu überschreiten.

Ein Aspekt der Erfindung weist ebenso ein Verfahren für das selektive Aktivieren der zweidimensionalen Schicht, die die SMA enthält, auf. Dieses Verfahren ist anwendbar bei elektrisch leitfähigen und elektrisch isolierenden SMA-Materialien. In einem Aspekt wird die SMA vortrainiert, um eine vorbestimmte Form einzunehmen vor der Fertigstellung der zweidimensionalen Schicht. Alternativ dazu kann die SMA vortrainiert werden nachdem die Heizanordnung hergestellt wurde.

Schließlich kann eine zweidimensionale SMA-Schicht verbunden werden, um eine dreidimensionale Struktur zu erzeugen. Die resultierende Struktur ist in der Lage, unbeschränkte Bewegung in drei Dimensionen durchzuführen. Durch Befestigen von zwei oder mehreren SMA-Betätigerschichten an einem flexiblen Substrat ist man ebenso in der Lage, eine ebene oder voll dreidimensionale Bewegung bereitzustellen. Die Einzelheiten der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die angefügten Zeichnungen erläutert.

Kurze Beschreibung der Figuren

1 ist eine isometrische Ansicht einer deaktivierten zweidimensionalen Platte gemäß der Erfindung.

2 ist eine isometrische Ansicht der zweidimensionalen Platte von 1 in dem aktivierten Zustand.

3 ist eine isometrische Ansicht eines Abschnittes der zweidimensionalen Platte von 1.

4a ist ein Querschnitt des Abschnittes der zweidimensionalen von 3.

4b ist ein Graph der Temperaturverteilung in dem Abschnitt von 4a.

5 ist ein Graph des Übergangs zwischen dem martensitischen und dem austenitischen Zustand als eine Funktion der Temperatur.

6 ist ein Querschnitt einer zweidimensionalen Platte mit einer isolierenden Schicht und einer Schutzschicht.

7 ist ein Querschnitt einer zweidimensionalen Schicht mit einer punktweise aufgebrachten isolierenden Schicht und einer Decksicht.

8 ist ein Querschnitt einer zweidimensionaler Platte mit einer Deckschicht.

9 ist einer Explosionsansicht, die den Aufbau einer zweidimensionalen Platte und der Aktivierungselemente gemäß der Erfindung zeigt.

10 ist ein Diagramm, das ein Ersatzschaltbild des Aktivierungsmechanismus zeigt.

11 ist eine Seitenansicht, welche die Auslenkung einer zweidimensionalen Platte gemäß der Erfindung darstellt.

12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine komplexe vortrainierte Form einer Platte gemäß eines Aspektes der Erfindung darstellt.

13 ist ein Diagramm, das das Ersatzschaltbild einer Ausführungsform, welche Auslenkungssensoren verwendet, zeigt.

14 ist eine Querschnittsansicht einer zweidimensionalen Platte mit Auslenkungssensoren.

15 ist eine Querschnittsansicht einer zweidimensionalen Platte mit Auslenkungssensoren, die neben den Heizelementen montiert sind.

16 ist eine Querschnittsansicht, die eine zweidimensionale Platte mit einem Temperatursensor zeigt.

17 ist eine Querschnittsansicht einer zweidimensionalen Platte mit einer Schutzbeschichtung, die auf den Heizelementen angebracht ist.

18 ist ein Querschnitt einer zweidimensionalen Platte, die Streifen für die Wärmedissipation verwendet.

19 ist ein Querschnitt einer zweidimensionalen Platte, die Wasserdurchführungen für die Wärmedissipation verwendet.

Beschreibung

Eine vereinfachte Ausführungsform einer zweidimensionalen Platte 10, entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist in 1 gezeigt. Die Grundkonzepte, die hier erörtert werden, können direkt an praktischen Ausführungsformen angewendet werden, die später beschrieben werden. In diesem Fall ist die Platte 10 vollständig aus einer SMA hergestellt, die aus der Gruppe der elektrisch leitfähigen Materialien ausgewählt ist. Gebräuchlichste Beispiele beinhalten TiNi Legierungen und CuZnAl Legierungen. Andere Legierungen können ebenso verwendet werden. Das Verhältnis der Dicke der Platte 10 zu der lateralen Ausdehnung des Heizelementes 12 sollte vorzugsweise so klein wie möglich sein, während die Integrität der Platte 10 immer noch aufrecht erhalten werden kann.

Die SMA-Platte 10 wird durch eine Vielzahl von bekannten Herstellungsverfahren erzeugt, wie z. B. das Auswalzen dünner Folien aus dünnen Platten, das Abtrennen dünner Wafer von Stangen oder ähnliche Verfahren. Gegenwärtig ist das Abtrennen dünner Wafer von Stangen bevorzugt. Wafer aus SMA-Material können von Stangen oder Stäben in Scheiben geschnitten werden unter Verwendung einer konventionellen Bandsäge, einer Kaltsäge, einer kreisförmigen Diamantnaßsäge oder der Funkenerosionsbearbeitung (EDM) oder durch ähnliche Verfahren. Der resultierende Wafer kann wärmebehandelt werden in einem flachen Zustand und kann auf irgendeine gewünschte Dicke präzise geschliffen werden. Die SMA-Bulkeigenschaften werden sichergestellt, da das Material direkt von dem Bulk erhalten wird. Das SMA-Material, das in der Platte 10 enthalten ist, kann von dem Zusammenbau vortrainiert werden oder untrainiert bleiben. Die Wahl hängt von der möglichen Anwendung ab.

Eine Vielzahl von Heizelementen 12 sind oberhalb der SMA-Platte 10 positioniert und von der Platte 10 mittels einer elektrisch isolierenden Schicht 10 isoliert. Es ist am bequemsten die elektrisch isolierende Schicht 14 auf die Platte 10 aufzulaminieren oder auf andere Weise abzuscheiden. Die elektrisch isolierende Schicht 14 verhindert ein Stromleck zwischen den Heizelementen 12 und der elektrisch leitfähigen Schicht 10. Die elektrisch isolierende Schicht 14 ist vorzugsweise ein guter thermischer Leiter. Bevorzugte isolierende Materialien beinhalten Polyimid oder Siliziumnitrid SixNy. Die Dicke der elektrisch isolierenden Schicht 14 sollte klein in Bezug auf deren laterale Ausdehnung sein. Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schicht 14 eine 2000Å Siliziumnitridschicht sein, um eine adäquate thermische Kopplung sicherzustellen, und um eine thermische Leitfähigkeit zwischen den Heizelementen 12 und der Platte 10 sicherzustellen.

Der vereinfachten Ausführungsform von 1 sind die Heizelemente 12 in der Form von Dünnfilmwiderständen. Besonders bevorzugt sind die Heizelemente 12 Widerstandsheizer oder andere ähnliche Vorrichtungen, die in der Lage sind elektrischen Strom in thermische Energie umzuwandeln. Sie können jedes konventionelle Widerstandsmaterial aufweisen, wie z. B. TiW oder TaO. Es ist bequem, das resistive Material zunächst abzuscheiden und auf der Schicht 14 zu mustern mittels bekannter VLSI oder Mikrobearbeitungstechniken. Dann werden die Heizelemente 12 gemustert oder auf andere Weise gebildet entsprechend bekannter Techniken.

In 3 wird die Dicke der Platte SMA 10 als S bezeichnet. Aus Gründen der Klarheit wurde ein bestimmtes Heizelement 12X ausgewählt, um die Details der Erfindung zu erklären. Das Heizelement 12X hat einen benachbarten Abschnitt 16X der SMA-Platte 10, der damit verknüpft ist. Wie gezeigt, ist dem Heizelement 12X ebenso ein Abschnitt 18X der elektrisch isolierenden Schicht 14 zugewiesen. Der Abschnitt 16X ist direkt unterhalb des Heizelementes 12X lokalisiert. Die Breite des Abschnittes 16X wird durch D gekennzeichnet. Wie gezeigt, stellt das Heizelement 12X dem Abschnitt 16X exklusiv Wärme zur Verfügung. Die Wärme breitet sich durch den Abschnitt 18X und in dem Abschnitt 16X aus, der einen lokalisierten Abschnitt der SMA-Platte 10 darstellt.

Die Funktion der vereinfachten Ausführungsformen versteht man am besten anhand eines Vergleichs von 1 und 2. In diesem Fall wurde das SMA-Material vortrainiert, um eine vorbestimmte Form einzunehmen, wenn es thermisch auf eine Aktivierungsgrenztemperatur aktiviert wird. In 1 ist die SMA-Platte 10 in einem inaktiven Zustand gezeigt.

2 zeigt einen bestimmten Fall, bei dem sechs Heizelemente 12, bezeichnet als 12a-12f, Wärme bereitstellen. Folglich durchläuft die Wärme die Abschnitte 18a-18f der isolierenden Schicht 14 und veranlaßt, daß die benachbarten Abschnitte 16a-16f der SMA-Platte 10 den Aktivierungsgrenzwert erreichen. Im Ergebnis nehmen die Abschnitte 16a-16f eine gut festgelegte Form ein und in dem Prozeß stellen sie nützliche Aktivierungskräfte zur Verfügung. Wie gezeigt, ist die lokale Deformation aufwärts konvex. Sobald die Abschnitte 16a-16f ihre Form einnehmen, verbiegen sich die Gebiete der Platte 10, die diese Abschnitte umgeben in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Speichercharakteristik. In der Tat nimmt die gesamte Platte 10 eine resultierende Form an aufgrund von lokalen Veränderungen, wie dies durch deren Geometrie vorgegeben wird. In dem einfachen Fall von 2 bleibt der Rest der Platte 10 flach oder kehrt auf anderer Weise zu seiner neutralen Form zurück, wobei neutral der inaktive Zustand bedeutet. Komplexere resultierende Formen werden in späteren Ausführungsformen beschrieben.

Die Prinzipien hinter dem Heizprozeß und der Form, die von benachbarten Abschnitten 16 eingenommen wird, sind am besten in 4a dargestellt. Wir betrachten Heizelement 12X. Aus Gründen der Klarheit wurde die vorbestimmte Form, die von dem benachbarten Abschnitt 16X bei Erwärmung eingenommen wird, nicht gezeigt. Die Wärme, die von dem Element 12X erzeugt wird, dessen Breite durch W angezeigt wird, wird entlang der Pfeile durch die isolierende Schicht 14 geleitet. Genauer gesagt durchläuft die thermische Energie die Sektion 18X der Schicht 14. Die Schicht 14 ist verglichen mit den lateralen Ausdehnungen sehr dünn und somit überträgt die Sektion 18X die Wärme leicht zu der Platte 10. Sobald die Wärme in der Platte 10 ist, breitet sie sich durch den benachbarten Abschnitt 16X aus.

Der Graph 4b stellt die Temperaturverteilung an einer willkürlichen, festen Tiefe unterhalb des Heizers 12X dar. Der Graph in 4b zeigt die laterale Temperaturverteilung in der X-Richtung innerhalb des Abschnittes 16X. Direkt unter dem Element 12X bleibt die Temperatur auf einem Maximum, wie durch den flachen Abschnitt der Kurve von –W/2 zu +W/2 dargestellt. Mit anderen Worten, breitet sich die Wärme, die zu dem Abstand 16X geliefert wurde, nicht zu den anderen Abschnitten 16 aus, z. B. zu dem Abschnitt 16y. Statt dessen strahlt die Wärme entlang der Pfeile R aus der Platte 10, bevor sie andere Abschnitte 16 erreicht.

Wie bereits erwähnt, hängt die Form der benachbarten Abschnitte 16 von der vortrainierten Form der SMA oder der Platte 10 in diesen Bereichen ab. Ebenso hängt die Form von der Temperatur, die in den Abschnitten 16 beibehalten wird, ab. Von Übereinstimmung mit der vortrainierten Form wird erreicht, wenn die Temperatur in den Abschnitten 16 gleich oder höher als die kritische Temperatur ist, bei der das SMA-Material den austenitischen Zustand erreicht. Dies wird am besten in dem Graph von 5 gezeigt. Bei Temperaturen unterhalb von T1 bleibt das SMA-Material biegbar, wie durch die martensitischen Eigenschaften vorgegeben. Daher werden Abschnitte 16, die bei oder unterhalb von T1 gehalten werden, die Form einnehmen, die ihnen von der Umgebung erteilt wird. Der Übergang in den austenitischen Zustand tritt zwischen den Temperaturen T1 und T2 auf. Wenn die Abschnitte 16 in diesem Temperaturbereich gehalten werden, werden sie eine Zwischenform zwischen der relaxierten und der vortrainierten Form einnehmen. Die vorsichtige thermische Regelung erlaubt somit, die Form von allen Abschnitten 16 der Schicht 10 in einer kontinuierlichen Art und Weise zu variieren.

Die Gesamtstruktur der Platte 10, wo Heizelemente 12 direkt auf der Platte 10 mit nur der Schicht 14 dazwischen montiert sind, ist sehr einfach. Der Aufbauprozeß ist unkompliziert und kostengünstig.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in 6 gezeigt. Hier wird eine zweidimensionale Platte 20 einer SMA-Materials auf einer Abdeckschicht 22 plaziert. In diesem Fall ist die Schicht 22 ausreichend dick, um mechanische Stabilität bereitzustellen.

Eine dünne isolierende Schicht 24 ist an der Oberseite der Platte 20 angeordnet, um eine elektrische Isolierung zwischen den Heizelementen 26 und der Schicht 20 bereitzustellen. Die Schicht 24 ist dünn genug und hat geeignete thermische Eigenschaften, um den freien Fluß von Wärme von den Elementen 26 zu der Platte 20 zu erlauben. In dieser Ausführungsform ist das SMA-Material der Platte 20 ebenso elektrisch leitend (z. B. TiNi-Legierung oder CuZnAl-Legierung).

Die Funktion dieser Ausführungsform ist analog zu der Figur der ersten. Die hinzugefügte Stabilität der Abdeckschicht 22 stellt die Konformität zu einer festgelegten Form sicher, wenn alle Abschnitte der Schicht 20 im martensitischen Zustand sind.

Die Ausführungsform von 7 zeigt die Platte 20 der elektrisch leitfähigen SMA mit einer Abdeckschicht 20, die als Substrat fungiert. In diesem Fall wird die Schicht 30 aus Materialien ausgewählt, die chemisch inaktiv und stabil sind, um die Platte 20 gegenüber nachteiligen Effekten zu schützen.

Die elektrische Isolierung zwischen den Heizelementen 26 und der Schicht 20 wird bereitgestellt durch Abschnitte der elektrischen Isolationsabschnitte 28, die punktweise unter den Elementen 26 angeordnet sind. Solch eine Struktur kann erzeugt werden durch ursprüngliches Anwenden einer Schicht aus isolierendem Material und einer Schicht aus Heizmaterial. Dann werden die Elemente 26 und die korrespondierenden elektrisch isolierenden Sektionen 28 hergestellt durch Ätzen oder andere bekannte Prozesse. Vorzugsweise wird für diesen Zweck die bekannte VLSI-Technik oder eine Mikrobearbeitungstechnik eingesetzt.

8 zeigt noch eine andere Ausführungsform, in der eine zweidimensionale Platte aus einem elektrisch isolierendem SMA-Material hergestellt ist. In dieser Konfiguration ist keine Isolierung notwendig. Folglich werden die Heizelemente 26 direkt auf die Platte 32 montiert. Eine Abdeckschicht 30 fungiert als Substrat und wird erneut bereitgestellt, um mechanische Stabilität und Widerstand zu leisten. Es ist bevorzugt, daß die Schicht 30 ebenso ein guter Wärmeleiter ist, um die Wärmedissipation von der Platte 32 zu unterstützen.

Die Ausführungsformen der 6-8 arbeiten alle in der obenbeschriebenen Art und Weise. Die Modifikationen, die eingefügt wurden, sind dafür vorgesehen, dem Fachmann bei der Auswahl der geeigneten Struktur bei gegebenem Satz von technischen Anforderungen zu unterstützen.

Bevorzugte Ausführungsform

Die bevorzugte Ausführungsform ist in 9 gezeigt. Eine zweidimensionale Platte 34 eines elektrisch leitfähigen SMA-Materials, vorzugsweise einer NiTi-Legierung wird mit der isolierenden Schicht 36 beschichtet. Vorzugsweise ist die Schicht 36 aus SixNy oder Polyimid und ist ausreichend dünn, um leicht Wärme zu leiten.

Ein Muster aus Heizelementen 38 ist auf der Schicht 36 lokalisiert. Die Elemente 38 werden erhalten durch zunächst Sputtern TiW oder TaO oben auf die Schicht 36 und dann Durchführen eines Musterschritts. Die Heizelemente 38 bieten einen sehr hohen Widerstand. In der bevorzugten Ausführungsform haben die Elemente 38 eine Zick-Zack Form. Dies erlaubt es ihnen, eine bessere Wärmeverteilung in der Platte 34 sicherzustellen, wenn sie aktiv sind.

Eine zweite isolierende Schicht 40 wird oberhalb der Elemente 38 und der Schicht 36 bereitgestellt. Die Schicht 40 ist vorzugsweise aus einem flexiblen elektrischen Isolator, wie z. B. Polyimid hergestellt, die als Vlies auf den Elementen 38 und der Schicht 36 befestigt sein kann. Eine Anzahl von Durchgangslöchern 46 öffnen sich in der Schicht 40, um einen elektrischen Kontakt mit den Elementen 38 zu erlauben. Die Löcher 46 sind sensibel mit den Endabschnitten der Elemente 38 ausgerichtet.

Ein Satz von Leitungsverbindungen 42 ist oberhalb der Schicht 40 aufgemustert. Vorzugsweise sind die Verbindungsleitungen 42 aus einem flexiblen und hochleitenden Material, wie z. B. Gold. Die Verbindungen 42 können festgelegt werden durch bemustern oder andere geeignete Techniken. Eine gemeinsame Rückgabeleitung 42a ist ausgeführt, um einen elektrischen Kontakt mit den linken Enden aller Elemente 38 bereitzustellen. Die Rückleitung 42a spart Fläche auf der Oberfläche der Oberseite der Schicht 40 und ist wünschenswert, solange alle Elemente 38 nicht gleichzeitig auf einer kontinuierlichen Basis adressiert werden. Wenn die kontinuierliche Aktivierung erforderlich ist, dann würde eine zusätzliche Schicht mit voller Breite für den Rückpfad vorgesehen. Die anderen Leitungen 42B-42E sind in elektrischem Kontakt mit den rechten Enden der Elemente 38.

Äußere elektrische Verbindungen werden mit Kontaktflächen 44A-44E, die den Leitungen 42A-42E entsprechend, hergestellt. Zu diesem Zweck sind die Kontaktflächen 44A-44E viel dicker als die Leitungen 42A-42E ausgeführt. Jede tatsächliche elektrische Verbindung wird mit Drahtbonding oder einem ähnlichen Verfahren durchgeführt.

Sobald die gesamte Struktur auf der Platte 34 zusammengebaut ist, wird die SMA "trainiert" durch die kraftausübende Platte 34, um eine resultierende Form einzunehmen unter Verwendung von bekannten Verfahren. Beispielsweise wird die Platte 34 auf einer Spindel gebildet und mit einer Klemme fixiert. Die gesamte Befestigung wird dann in einem Temperofen platziert, vorzugsweise gespült mit einem Inertgas bei näherungsweise 450°C für etwa 30 Minuten. Mit Abkühlung wird der Film von der Spindel gelöst. Zu diesem Zeitpunkt ist die Platte 34 funktionell bereit.

Das elektrische Diagramm, daß die elektrischen Verbindungen der bevorzugten Ausführungsform zeigt, findet man in 10. Eine Steuereinheit 48 ist mit einer Stromzuführung 50 verbunden. Sowohl die Einheit 48, als auch die Versorgung 50 sind vorzugsweise von der Platte 34 getrennt angeordnet. Die Einheit 48 ist vorzugsweise ein Mikroprozessor, der in der Lage ist, eine gewünschte Kombination von Elementen 38 auszuwählen. Die Stromversorgung 50 ist vorzugsweise eine einstellbare Quelle, die in der Lage ist, Strom zu der ausgewählten Kombination von Elementen 38 zu liefern. Die Leitungen 42A-42E sind direkt mit der Versorgung 50 verbunden. Die Elemente 38A-38D sind als Widerstände gezeigt. Die Rückleitung 42A ist geerdet.

Während des Betriebes wählt die Steuereinheit 48 eine Kombination der Elemente 38, die aktiviert werden, aus. Sie sendet dann einen entsprechenden Befehl zu der Versorgung 50. Die Versorgung 50 antwortet durch Liefern von Strom zu den Elementen 38 der ausgewählten Kombination. Beispielsweise sind die Elemente 38A und 38B ausgewählt. Strom wird zu den Elementen 38A und 38D geliefert und die entsprechenden benachbarten Abschnitte 39A und 39D nehmen eine gutdefinierte Form ein. Falls der Strom ausreichend groß ist und die Temperatur, die in den benachbarten Abschnitten 39A und 39D beibehalten wird, oberhalb von T2 liegt (siehe 5), dann werden Abschnitte 39A und 39D ihre vortrainierte Form einnehmen. Wenn die Temperatur zwischen T1 und T2 liegt, werden die Abschnitte 39A und 39D eine Zwischenform einnehmen. Da die Versorgung 50 einstellbar ist, kann der geeignete Strom während des Betriebes ausgewählt und auf einer empirischen Basis eingestellt werden. Folglich kann die Form der Abschnitte 39A und 39B variiert werden, wie es notwendig ist.

11 stellt die resultierende Form der Platte 34 dar, wenn benachbarte Abschnitte 39C und 39D ausgewählt werden. Es wird angenommen, daß die SMA vortrainiert war, um sich entlang ihrer gesamten Länge nach oben zu krümmen. Somit tragen die Auslenkungen in den Abschnitten 39C und 39D zusammen zu einer viel größeren Gesamtauslenkung bei. 12 stellt eine andere mögliche resultierende Form der Schicht 34 dar, wenn die Sektionen 39B-39D erwärmt werden und die SMA vortrainiert wurde, um eine S-Form einzunehmen. In der Beschreibung versteht es sich, daß die SMA der Platte 34 vor oder nach dem Zusammenbau trainiert werden kann. Das Trainieren vor dem Zusammenbau kann bevorzugt sein, wenn mit Materialien gearbeitet wird, die zerstört würden, wenn sie zusammen mit der SMA trainiert würden, z. B. aufgrund der hohen Temperungstemperaturen.

In einer anderen Ausführungsform ähnlich zu der Platte 34 der bevorzugten Ausführungsform ist eine Abdeckschicht 54 vorgesehen, wie in 14 gezeigt. Für das bessere Verständnis wurden die Auslenkungen in der Schicht 34 gezeigt. Auslenkungssensoren 56 sind auf der Schicht 54 positioniert. Die Sensoren 54 können entweder Winkelauslenkungssensoren, Erweiterungsauslenkungssensoren, wie z. B. Dehnungssensoren, oder Biegesensoren sein. Ein Biegesensor ist ein Belastungssensor, der angeordnet ist für das Messen von Biegekräften und somit einer Biegeauslenkung. Alle diese Geräte sind im Stand der Technik bekannt. In diesem Fall wurden Sensoren 56 an Orten platziert entsprechen derjenigen der Elemente 38. Abhängig von der Geometrie und der Anwendung können unterschiedliche Platzierungen bevorzugt sein.

Das elektrische Diagramm mit den Sensoren 56 ist in 13 gezeigt. Die gepunktete Linie stellt Elemente dar, die auf der Platte 34 montiert sind. Während die Verbindungen zu den Elementen 38A-38D die gleichen bleiben, sind alle Sensoren 56A-56D verdrahtet, um die Einheit 48 über die Leitungen 58A-58D zu steuern. Auf diese Art und Weise kann die Einheit 48 Signale empfangen, die repräsentativ für die lokale Auslenkung von jedem der Sensoren 56A-56D sind. Ein Formspeicher 60 ist mit der Einheit 20 verbunden. Der Speicher ist in der Lage, die resultierende Form der Platte 34 abzubilden basierend auf der Information, die von den Sensoren 56 geliefert wird.

Der Speicher 60 hat vorzugsweise ein Inventar aus resultierenden Formen, die durch bekannte Kombinationen von Elementen 38 erzeugt werden. Mit anderen Worten ist der Speicher 60 in der Lage, abgebildete resultierende Formpositionen wieder aufzurufen und neue zu speichern. In der bevorzugtesten Ausführungsform kann der Speicher 60 ebenso die tatsächlichen Stromwerte entsprechend der Zwischenformen von benachbarten Abschnitten speichern. Dies bedeutet, daß im Betrieb Formen nach Wunsch wieder aufgerufen und gespeichert werden können. Die Ausführungsform ist somit sehr vielseitig und praktikabel für viele Anwendungen, z. B. Führungskatheter.

15 zeigt noch eine andere Ausführungsform, die sich von der obigen nur dadurch unterscheidet, daß die Sensoren 56 zwischen den Elementen 38 positioniert sind. 16 zeigt eine andere Modifikation, in der ein Temperatursensor 62 zwischen den Elementen 38 positioniert ist. Dies ist von Vorteil für das Überwachen der Temperatur der Platte 34. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden diese Daten im Speicher 60 abgelegt. Das Überprüfen der Temperatur von dem Sensor 62 während des Betriebes kann ein Überheizen und andere damit verbundene Fehlfunktionen verhindern. Natürlich kann mehr als ein thermischer Sensor 62 bereitgestellt werden. Im Idealfall kann eine Anzahl solcher Sensoren 62 bereitgestellt werden. Im Idealfall werden eine Anzahl solcher Sensoren 62 optimal auf der Platte 34 positioniert.

17 zeigt die Ausführungsform von 14 im martensitischen Zustand, eingekapselt in einer oberen Abdeckschicht 64. Die Schicht 64 wird aufgebracht, um die elektrischen Verbindungen und Elemente 38 insbesondere vor zerstörenden Umweltfaktoren, z. B. korrodierende Umgebungen zu schützen.

18 und 19 zeigen zwei Wege wie eine zweidimensionale Schicht 70 von SMA gekühlt werden kann. Aus Gründen der Einfachheit wurden alle anderen Elemente, außer den Heizelementen 74, weggelassen. In 18 ist das Kühlelement ein Satz von Kühlrippen 72 in direktem Kontakt mit der Platte 70. Diese Anordnung stellt einen effizienten Wärmeübertrag und eine Wärmedissipation zur Verfügung. In gleicher Weise dissipiert die Struktur in 19 effizient Wärme unter Verwendung einer Substratschicht 76 mit Kanälen 78 (nur einer ist gezeigt). Die Kanäle 78 tragen ein Kühlmittel, z. B. Wasser, das die überschüssige Wärmeenergie absorbiert und wegtransportiert.

Während die Erfindung in Verbindung damit beschrieben wurde, was gegenwärtig als praktikabel und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil vorgesehen ist, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in dem Geiste dem Schutzbereich der angefügten Ansprüche liegen, abzudecken. Beispielsweise könnte eine Pettier-Vorrichtung ebenso eine äquivalente Lösung für die Wärmedissipation bereitgestellt werden. Daher verstehen Fachleute auf diesem Gebiet, daß alle solche äquivalenten Strukturen im Schutzbereich der folgenden Ansprüche liegen.


Anspruch[de]
Verteiltes Betätigungssystem, das aufweist:

a) eine zweidimensionale Platte (34) einer Formgedächtnisverbindung (SMA) mit einem ausreichend kleinen Querschnitt, um den lateralen Wärmestrom zu begrenzen,

b) ein oder mehrere Heizelemente (38), die auf der Platte (34) angeordnet sind und für das lokale Aufheizen eines benachbarten Abschnittes der Platte (34) vorgesehen sind, so daß der benachbarte Abschnitt eine vorbestimmte Form einnimmt, wenn er auf seine Grenztemperatur aktiviert wurde,

c) einen elektrischen Isolator für das Verhindern eines Stromlecks von den Heizelementen und

d) eine Steuereinrichtung (48, 50) für das selektive Durchleiten eines elektrischen Stroms durch ein oder mehrere Heizelemente (38), so daß die resultierende lokale Erwärmung veranlaßt, daß die Platte (34) eine gewünschte Form einnimmt.
Verteilte Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, bei der der elektrische Isolator (36) zwischen der Platte und dem einen oder der mehreren Heizelemente (38) positioniert ist für das elektrische Isolieren jedes der Heizelemente (38) gegenüber der Platte. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die SMA-Platte (32) aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt ist und den elektrischen Isolator bildet. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die SMA-Platte (32) eine zweidimensionale Platte aufweist und wobei die Steuereinrichtung (48, 50) betreibbar ist, um einen elektrischen Strom durch eine Kombination der Heizelemente (38) zu leiten, so daß jedes der Heizelemente, das zu der Kombination gehört, den benachbarten Abschnitt aufwärmt und der benachbarte Abschnitt die vorbestimmte Form einnimmt, wobei die zweidimensionale Platte eine resultierende Form einnimmt. Verteilte Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, Anspruch 2 oder Anspruch 4, die weiterhin aufweist eine Mehrzahl von Ablenksensoren (56), die auf der zweidimensionalen Platte montiert sind, um den lokalen Biegezustand der zweidimensionalen Platte anzuzeigen. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuervorrichtung (48, 50) mit den Ablenksensoren (56) verbunden ist, so daß der lokale Biegezustand der zweidimensionalen Platte zu der Steuervorrichtung übermittelt wird und die Steuervorrichtung die resultierende Form berechnet. Verteilte Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuervorrichtung (48, 50) weiterhin aufweist eine Formgedächtnisvorrichtung für das Positionsabbilden und für das Speichern der resultierenden Form und der Kombination der Heizelemente. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die Ablenksensoren (56) ausgewählt werden aus der Gruppe, die besteht aus Winkelabweichungssensoren, Erweiterungssensoren und Biegesensoren. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die weiterhin aufweist Wärmesensoren (62), die auf der Platte montiert sind für das Messen der Temperatur der Platte. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die SMA-Platte vor der Herstellung ausgebildet wird. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die SMA vor-ausgebildet ist. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei der die vorbestimmte Form, die von dem benachbarten Abschnitt eingenommen wird, die vor-ausgebildete Form ist. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, bei der die vorbestimmte Form, die von dem benachbarten Abschnitt angenommen wird, eine Zwischenform ist. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Formgedächtnisverbindung ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus TiNi-Verbindungen und CuZnAl-Verbindungen. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, die weiterhin aufweist eine Substratschicht (76), die auf der zweidimensionalen Platte abgeschieden ist, um die Wärme, die in den benachbarten Abschnitten abgelegt wurde, zu dissipieren. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Substratschicht (76) eine Kühleinrichtung (72, 78) aufweist, welche ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus Peltier-Elementen, Kühlrippen und Wasserkanälen. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Heizelemente (38) und die SMA nicht ausgebildet werden. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Heizelemente (38) in einer Technik hergestellt werden, die ausgewählt wird aus der Gruppe, die besteht aus VLSI und Mikrobearbeitung. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuereinrichtung einen Stromgenerator (50) und eine Steuereinheit (48) für das Auswählen der Kombination der Heizelemente aufweist. Verteilte Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 4, die weiterhin aufweist eine Überzugsschicht (64), die auf der zweidimensionalen Platte abgelegt ist. Verfahren für das selektive Betätigen einer zweidimensionalen Platte, die ein SMA aufweist, wobei die zweidimensionale Platte einen ausreichend kleinen Querschnitt hat, um den lateralen Wärmefluß zu begrenzen und elektrisch leitfähig ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Plazieren von zumindest einem Heizelement auf der zweidimensionalen Platte, so daß jedes der Heizelemente einem benachbarten Abschnitt der zweidimensionalen Platte für das lokale Aufheizen des benachbarten Abschnittes zugewiesen ist, derart, daß der benachbarte Abschnitt eine vorbestimmte Form einnimmt,

b) elektrisches Isolieren der zweidimensionalen Platte von jedem Heizelement,

c) Bereitstellen eines Wärmeleitungspfades zwischen jedem der Heizelemente und dessen zugewiesenen benachbarten Abschnitt und

d) Leiten eines elektrischen Stroms durch eine Kombination der Heizelemente, so daß jedes der Heizelemente, das zu der Kombination gehört, den benachbarten Abschnitt aufheizt und der benachbarte Abschnitt die vorbestimmte Form einnimmt, wobei die zweidimensionale Schicht eine resultierende Form einnimmt.
Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin den Schritt aufweist des Vor-ausbildens des SMA, um eine vor-ausgebildete Form einzunehmen. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt der Vor-ausbildung vor dem Aufbau der zweidimensionalen Platte durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem der Schritt der Vor-ausbildung durchgeführt wird nach dem Zusammenbau der zweidimensionalen Platte. Verfahren nach Anspruch 21, das weiterhin aufweist den Schritt des Kombinierens einer Anzahl der zweidimensionalen Platten, um eine dreidimensionale Struktur zu bilden.






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