测试挑战
很多外科医疗器械或者人工植入物的体积非常小，如何准确开展力学性能测试是这类设备的研发人员要面对的极端挑战之一。例如，镍钛诺合金结构或者医用缝合线，这些细小植入物的倒刺结构增强了与人体组织(例如手指关节)之间的契合能力，但是对于人体组织与植入物之间的接触部分有很多可变因素，其交互关系异常复杂。这给开展相关的疲劳和耐久性能测试带来了很多困难。
人工植入物需要做到卓越的材料与人体组织匹配以提升生物融合性，因此研发人员需要评估不同材料与人体组织之间的相互交互关系。在进行力学测试时，由于材料力学属性的变化，测试样品的力学行为可能会发生突然的改变，这就要求力学测试系统具备足够精确的载荷控制能力，即便样品和材料出现了持续的粘滑现象。如果做不到这一点，测试系统就无法提供足够的数据来帮助研发人员确定其耐久性能。
人工植入物的超小体积从另外一个方面让测试变得复杂。因为超小体积的样件往往意味着加载载荷非常小(5~10N峰峰值)，同时变形量会更新(1~2mm)，于此同时还需要较高的加载频率(10Hz或者更高)，而一项疲劳测试需要进行数百万周次(高周疲劳)甚至千万周次的循环(超高周疲劳)。
受到传统测试设备能力的限制，很多研发机构开展类似的测试时不得不选择降低加载频率(例如2Hz)，同时由于精度受限只有提升加载载荷(20~30N)，这种做法带来的后果就是试验任务需要更长的时间，同时还无法确保数据的可靠性和完整性。升高的加载载荷可能会让一些有用的细节信息淹没于测试载荷的噪声频带之中，而降低的加载频率则意味着拖慢研发进度，甚至影响新产品的面市时间。
MTS 的解决方案
为了实现此类超小型样件的力学性能测试，MTS系统公司研发了MTS Acumen®系列电动式力学测试系统。该系统可以配置四点弯测试工装和满量程为125N的载荷传感器，配置MTS TestSuite 多用途测试应用软件和MTS FlexTest®数字控制系统，构成一套完整的小载荷疲劳测试解决方案。满足超小型人工植入物高频小载荷四点弯疲劳测试的需求。
MTS Acumen 电动式力学测试系统专为小载荷、小位移的精确加载测试而研发生产，配置有高刚度的加载框架和直线型直线往复点击。该系统具有集成化的测试应用软件，包括自动调谐功能。利用自动调谐功能，系统可以自动判断并且求得所需要的测试参数，测试工程师无需耗费过多时间调整系统的PID，即可满足超小型人工植入物样品的测试精度要求，通过系统辨识“学习“掌握测试样品的动态特性，避免诸多不确定因素，确保试验能够顺利运行。
MTS Acumen 电动式力学测试系统的核心是灵活的MTS FlexTest数字控制器，该控制器具有开放的体系构架，确保MTS Acumen 电动式力学测试系统具备足够的动态响应能力，可以实现低载荷、小位移、高频率的加载测试应用。MTS FlexTest数字控制器是MTS系统公司过去数十年电液伺服和机电伺服力学测试系统应用经验的结晶，从而解决力学测试应用的控制难题。
如下图所示(图 1,2,3) 为超小型人工植入物高频小载荷四点弯疲劳测试的实测数据。
图 1
测试需求为1～11N(峰峰值)循环加载，测试频率为10Hz。图1为样件本身的非线性力学特性和试验设备的没有精确调谐所造成反馈信号的扭曲，请与图2进行比较。
图 2
所示曲线为采用铝合金细丝作为人工植入物替代品进行力学测试性能评估的反馈数据。图2所示的数据为相同的样件和测试条件，在 MTS Acumen 电动式力学测试系统上实现的测试结果。
图 3
所示曲线为 MTS Acumen 电动式力学测试系统实现更小载荷的循环加载测试，此时的峰峰值为1-2N，注意，此时的波形相当于0.1%测试系统的加载能力，但是反馈波形(控制品质)依然很好。
优势与好处
利用MTS Acumen电动式力学测试系统进行超小型人工植入物高频小载荷四点弯疲劳测试，满足研发工程师的测试需求，实现载荷、频率与位移的卓越匹配和控制，在有限的研发时间内完成测试任务，以便将产品快速的推向市场。
通常情况下，在2Hz的试验频率下完成五百万周次循环的疲劳测试大约需要一个月的时间，如果能够将试验频率提升到10Hz，同一个试验任务可能在一周内就能够完成。在确保测试精度和可靠性的前提下，较高的测试加载频率能够带来显著的效益。
MTS Acumen电动式力学测试系统将小载荷的精确控制与更高频率或者更快速的试验能力结合起来，为广大研发人员提供更加灵活的测试手段，满足更多的测试想法，既能够满足合规部门的相关认证测试需要，同时也能够满足严苛的研发进度与成本的管控。
