Hjertepumpe fra en 3D-printer

ETH-doktorand Kai von Petersdorff-Campen har udviklet en metode til at skabe produkter, der indeholder magneter ved hjælp af 3D-tryk. Han brugte en kunstig hjertepumpe til at demonstrere driftsprincippet - og vandt en international prototypekonkurrence.

Da Kai von Petersdorff-Campen besluttede at lave en kunstig hjertepumpe ved hjælp af 3D-udskrivning, han mistænkte ikke, at hans projekt ville tiltrække så meget opmærksomhed. Det stykke plast, som han tog fra printeren efter 15 timer, var af meget lav kvalitet. Men som den efterfølgende test viste, det virkede - og det var nøglepunktet. "Mit mål var ikke at lave en god hjertepumpe, men for at demonstrere princippet om, hvordan det kan produceres i et enkelt trin, ”siger Petersdorff-Campen.

Positiv resonans

Den 26-årige doktorand på Institut for Mekanik og Procesingeniør udviklede prototyperne i foråret inden for få måneder. Han modtog derefter en invitation til den prestigefyldte ASAIO -konference i Washington i juni, hvor han holdt en talerstale. Han vandt også prototypekonkurrencen med den video, han indsendte om projektet.

Den væsentlige del af Petersdorff-Campens projekt er ikke selve hjertepumpen; dette er simpelthen et eksempel på anvendelse af 3D-udskrivningsmetoden, som den unge ETH-forsker har udviklet. Kunstige hjertepumper er ikke kun geometrisk komplekse produkter, men, vigtigere, de indeholder magneter-og inden for 3D-print med magneter, forskning er stadig i sin begyndelse. Petersdorff-Campens hjertepumpe er derfor en af ​​de første prototyper med magnetiske komponenter fremstillet ved hjælp af 3D-print.

Nøglen er at finde den rigtige blanding

Petersdorff-Campen kalder sin nyudviklede metode "embedded magnet printing". Nøglen er at sikre, at magneterne udskrives direkte i plasten. Magnetisk pulver og plast blandes før udskrivning og forarbejdes til tråde kendt som filamenter. Disse går derefter gennem 3D-printeren, hvor de behandles på samme måde som konventionel 3D-udskrivning-Petersdorff-Campen valgte FDM-metoden. En dyse udsender automatisk den computergenererede form, med sine forskellige komponenter. Endelig, det trykte stykke magnetiseres i et eksternt felt.

En af de største vanskeligheder var at udvikle filamenterne:det mere magnetiske pulver, der tilsættes granulatblandingen, jo stærkere magnet, men jo mere sprødt er slutproduktet. Imidlertid, for at filamenterne skal presses gennem 3D-printeren, de skal være rimeligt fleksible. Det er nu lykkedes Petersdorff-Campen at finde et lykkeligt medie. "Vi testede forskellige plastmaterialer og blandinger, indtil filamenterne var fleksible nok til udskrivning, men stadig havde tilstrækkelig magnetisk kraft, " han siger.

Petersdorff-Campen, der arbejder i Product Development Group på Institute for Design, Materialer og fremstilling under professor Mirko Meboldt, præsenterede ikke kun metoden på forskningskonferencen i Washington, men har også offentliggjort det i et akademisk tidsskrift. Reaktionerne varierede, han forklarer:"Nogle mennesker spørger allerede, hvor de kan bestille materialet." Andre kritiserede, at 3D-print ikke er egnet til fremstilling af medicinsk udstyr, på grund af de forskellige godkendelsesprocesser. "Det var ikke mit fokus, imidlertid, "understreger Petersdorff-Campen." Jeg ville simpelthen vise princippet. "Han er sikker på, at det er værd at videreudvikle af forskere og udviklere.

Af interesse for elmotorer

Selvom metoden muligvis ikke er egnet til hjertepumper, potentialet ved 3D-udskrivning af magneter er enormt:de er en nøglekomponent i meget mere end bare medicinsk udstyr. For eksempel, de bruges i elektriske motorer, såsom dem i talrige tekniske husholdningsapparater, fra en computers harddisk til højttalere og mikrobølger. I dag, Geometrisk komplekse komponenter med magneter fremstilles ved kompleks sprøjtestøbning:3D-print kan gøre denne proces betydeligt hurtigere og derfor billigere.

Imidlertid, det er stadig langt væk, siger Petersdorff-Campen:"Der er stadig meget at forbedre i forhold til materiale og behandling." For eksempel, hans hjertepumpe kan have bestået de første tests og pumpet 2,5 liter i minuttet med 1, 000 omdrejninger, men dette opfylder endnu ikke de standarder, der kræves i praksis:"Jeg ville ikke have sådan en enhed implanteret."