Kai von Petersdorff-Campen dell’ ETH di Zurigo realizza una pompa cardiaca artificiale stampata in 3D con componenti magnetici

La pompa cardiaca  artificiale stampata in3D dimostra l’applicazione della stampa con magnete incorporato

Kai von Petersdorff-Campen, uno studente di dottorato nel dipartimento di ingegneria meccanica e di processo presso l’ ETH di Zurigo , ha organizzato questa primavera per realizzare una pompa cardiaca artificiale stampata in 3D. Ci è riuscito, anche se il prototipo in plastica che impiegava 15 ore per stampare non era quello che si potrebbe definire di alta qualità. Ma i test hanno dimostrato che il prototipo funzionava, il che era importante: il punto più significativo del suo progetto non era in realtà quello di gettare un cuore, ma piuttosto di dimostrare un’applicazione funzionante di un metodo di stampa 3D sviluppato in grado di creare prodotti contenenti magneti.

Le pompe cardiache artificiali sono prodotti geometricamente complessi, visto che contengono magneti, e c’è ancora solo una quantità limitata di ricerche condotte con magneti stampati in 3D . La pompa cardiaca stampata in 3D sviluppata da Petersdorff-Campen è uno dei primi prototipi stampati in 3D con componenti magnetici.

Petersdorff-Campen ha spiegato: “Il mio obiettivo non era quello di ottenere un buon pompaggio del cuore, ma di dimostrare il principio di come possa essere prodotto in un solo passaggio”.
Si riferisce al suo nuovo metodo di stampa con magnete incorporato, dato che i magneti sono stampati in 3D direttamente nella plastica. La plastica e la polvere magnetica vengono mescolate insieme e trasformate in filamenti di filamenti, prima che vengano stampate in 3D usando la tecnologia FDM. Quindi, la stampa viene magnetizzata in un campo esterno.

Secondo ETH Zurich , Petersdorff-Campen ha ricevuto un invito alla prestigiosa conferenza ASAIO a Washington questa estate. Ha presentato il metodo in un discorso sul podio, ha vinto il concorso prototipo con il suo video presentato e ha pubblicato un documento intitolato ” Stampa 3D di assiemi funzionali con magneti in polimero integrati dimostrati con un prototipo di pompa del sangue rotante “, insieme ai colleghi dal  Politecnico federale di Zurigo, Arnold Magnetic Technologies AG, e lo ZHAW di Zurigo Università di Scienze applicate .

L’abstract recita: “Nello sforzo di semplificare l’integrazione dei componenti magnetici, il lavoro corrente presenta un metodo per stampare direttamente magneti duri polimerizzati di forma arbitraria in parti termoplastiche mediante modellazione di deposizione fusa. Questo metodo è stato applicato a un prototipo di una pompa del sangue rotante con cuscinetto magnetico e accoppiamento magnetico. I materiali termoplastici sono stati composti con una polvere di NdFeB isotropica al 56% vol per produrre un filamento stampabile. Con un carico di polvere del 56% in volume, sono stati raggiunti rimanenze di 350 mT e un’adeguata flessibilità meccanica per una robusta processabilità. Questo composto ci ha permesso di stampare un prototipo di una pompa turbodinamica con magneti integrati nella girante e alloggiamento in un unico pezzo su una stampante 3D per l’utente finale a basso costo. Poi, i componenti magnetici nella pompa stampata erano completamente magnetizzati in una bobina ad impulsi pulsata. La girante della pompa è azionata da un accoppiamento magnetico con magneti permanenti non stampati ruotati da un motore CC senza spazzole, con una portata di 3 L / min a 1000 giri / min. Per la prima volta, è stata mostrata un’applicazione di stampa combinata multimateriale e magnetica mediante modellazione di deposizione fusa. Il processo presentato semplifica in modo significativo la prototipazione di prodotti che utilizzano magneti, come pompe per il sangue rotanti, e apre la porta a progetti più complessi e innovativi. Aiuterà anche a posticipare il passaggio ai metodi di produzione convenzionali verso le fasi successive del processo di sviluppo. ” Per la prima volta, è stata mostrata un’applicazione di stampa combinata multimateriale e magnetica mediante modellazione di deposizione fusa. Il processo presentato semplifica in modo significativo la prototipazione di prodotti che utilizzano magneti, come pompe per il sangue rotanti, e apre la porta a progetti più complessi e innovativi. Aiuterà anche a posticipare il passaggio ai metodi di produzione convenzionali verso le fasi successive del processo di sviluppo. ” Per la prima volta, è stata mostrata un’applicazione di stampa combinata multimateriale e magnetica mediante modellazione di deposizione fusa. Il processo presentato semplifica in modo significativo la prototipazione di prodotti che utilizzano magneti, come pompe per il sangue rotanti, e apre la porta a progetti più complessi e innovativi. Aiuterà anche a posticipare il passaggio ai metodi di produzione convenzionali verso le fasi successive del processo di sviluppo. ”
Filamento flessibile costituito da una miscela di polvere magnetica polimerica.
Una delle più grandi sfide del progetto, che fa parte di Zurich Heart sotto l’egida della University Medicine di Zurigo, è stata in realtà lo sviluppo dei filamenti. Più la polvere magnetica viene aggiunta alla miscela di granulato, più forte sarà il magnete, ma il prodotto finale risulterebbe più fragile; poiché i filamenti per la stampa 3D devono essere piuttosto flessibili, questo ovviamente non funzionerebbe.

Petersdorff-Campen ha dichiarato: “Abbiamo testato vari materiali plastici e miscele, fino a quando i filamenti erano abbastanza flessibili per la stampa, ma avevano ancora abbastanza forza magnetica.

“Alcune persone stanno già chiedendo dove possono ordinare il materiale.”
Tuttavia, ci sono state persone che hanno criticato la sua pompa cardiaca stampata in 3D, dicendo che la stampa 3D non dovrebbe essere usata per fabbricare dispositivi medici a causa di tutti i processi di approvazione necessari che devono attraversare (alcuni di questi detrattori seguono effettivamente ciò che la FDA sta facendo più?).

Ma Petersdorff-Campen non è infastidito dai suoi critici e crede “valga la pena per gli scienziati e gli sviluppatori sviluppare ulteriormente l’idea”.

“Non era il mio obiettivo, comunque. Volevo semplicemente mostrare il principio “, ha detto Petersdorff-Campen a proposito del suo dispositivo medico stampato in 3D.

Mentre il suo metodo di stampa con magnete incorporato potrebbe non essere perfetto per la fabbricazione di pompe cardiache, il potenziale globale per la stampa 3D magnetica è enorme. I magneti sono anche utilizzati nei motori elettrici, che alimentano tutti i tipi di dispositivi, come microonde e hard disk del computer.

Al momento, i componenti geometricamente complessi contenenti magneti sono ancora realizzati con lo stampaggio a iniezione, ma l’uso della stampa 3D potrebbe invece rendere il processo più veloce e meno costoso.

Ma, Petersdorff-Campen ha ancora molto lavoro da fare prima che il suo nuovo metodo di stampa 3D sia pronto per l’uso commerciale. Anche se la sua pompa a cuore stampata in 3D è stata in grado di pompare con successo 2,5 litri al minuto con 1.000 rotazioni, non soddisfa abbastanza gli standard richiesti.

“Non vorrei impiantare un dispositivo del genere”, ha detto Petersdorff-Campen.
Altri coautori del documento sono Yannick Hauswirth, Julia Carpenter, Andreas Hagmann, Stefan Boës, Marianne Schmid Daners, Dirk Penner e Mirko Meboldt.

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