la stampa 3D dei magneti usati per nuovi dispositivi medici come una pompa rotante per il sangue

I magneti stampati in 3D negli assemblaggi funzionali potrebbero portare a nuove macchine e dispositivi medici
Dal momento che la stampa 3D ha iniziato a diversificarsi, consentendo la stampa di materiali oltre il solo metallo e plastica, gli scienziati hanno sperimentato la stampa 3D dei magneti . I magneti stampati in 3D possono essere realizzati più rapidamente e in modo meno costoso rispetto ai metodi di produzione più convenzionali e, se lo si desidera, possono essere facilmente trasformati in geometrie complesse. Mentre molti ricercatori hanno magneti stampati in 3D, tuttavia, esistono pochi casi di utilizzo reali, ma un nuovo studio intitolato ” Stampa 3D di assiemi funzionali con magneti con polimeri integrati dimostrati con un prototipo di pompa del sangue rotante”, “Applica i magneti stampati in 3D a una pompa rotante per il sangue. I magneti di stampa 3D incorporati nelle stampe 3D potrebbero aprire il mondo a tutta una serie di nuove applicazioni di stampa 3D. Piccole macchine, dispositivi medici, motori sono solo alcune delle cose che potrebbero essere possibili. Lasciando una custodia o un’altra parte di un dispositivo come custodia ma anche come magnete, il fattore di forma e la funzionalità di molti dispositivi potrebbero cambiare radicalmente.

Per stampare in 3D la pompa, i ricercatori dell’ETH di Zurigo hanno creato un filamento in termoplastica combinato con polvere isotropa NdFeB. Il materiale è stato utilizzato per stampare in 3D un prototipo di una pompa turbodinamica con magneti integrati nella girante e nell’alloggiamento. La pompa è stata stampata in 3D in un unico pezzo su una stampante 3D a basso costo, di livello consumer (un Prusa i3 MK2 con un aggiornamento multi-materiale , per essere precisi), quindi i componenti magnetici sono stati completamente magnetizzati in una bobina pulsata ad impulsi.

Oltre al trapianto cardiaco, le pompe rotative per il sangue sono l’unica opzione per i pazienti che soffrono di insufficienza cardiaca allo stadio terminale. Le pompe utilizzano i magneti come componenti critici nei sistemi di guida e di cuscinetti della girante. Sfortunatamente, le pompe attualmente disponibili hanno gli effetti collaterali dell’emolisi e della formazione di trombi, che i produttori stanno tentando di affrontare nello sviluppo delle pompe di nuova generazione. Una regolare stampa 3D viene applicata nello sviluppo delle pompe di circolazione rotative, ma secondo i ricercatori, a loro conoscenza, i magneti stampati in 3D non vengono utilizzati per testare nuovi progetti di dispositivi medici.

“Il progetto di base del prototipo di pompa è simile a quello dei progetti RBP convenzionali, tuttavia, geometrie complicate con torsioni interne e elementi di sottosquadro non consentirebbero la produzione convenzionale”, spiegano i ricercatori. “Il concetto di cuscinetto per la girante consisteva in due cuscinetti magnetici passivi per forze radiali e una punta girevole per forze assiali. Per i cuscinetti radiali magnetici, i magneti cilindrici cavi sono stati integrati nella girante e nell’alloggiamento. La girante è composta da quattro pale con canali interni a lama ritorti in forma elicoidale attorno all’asse di afflusso. In ciascuna delle pale, un magnete guida era incorporato appena sopra la superficie inferiore. La forma del magnete è stata adattata alla geometria della lama, massimizzando così il volume del magnete.
La pompa è stata stampata in 3D al primo tentativo, in una stampa che ha richiesto circa 15 ore. Magneti a forma arbitraria erano integrati nella pompa e il filamento magnetico, che i ricercatori chiamavano MagFil, era in grado di stampare da una bobina standard senza rompersi. Le prestazioni idrauliche della pompa sono state quindi testate con acqua utilizzando una sonda a ultrasuoni e sensori di pressione all’ingresso e all’uscita della pompa.

“È stato raggiunto un funzionamento del prototipo della pompa ad una velocità di rotazione massima di 1000 rpm, con una portata di 3 L / min contro una prevalenza di 6 mmHg”, affermano i ricercatori. “A velocità di rotazione più elevate, l’accoppiamento magnetico si è interrotto e la portata erogata è diminuita in modo concomitante. Il prototipo della pompa potrebbe quindi non fornire una portata sufficiente alle pressioni della testa che sono realistiche per le RBP clinicamente utilizzate. ”
I ricercatori hanno attribuito questo fallimento a una qualità di stampa inferiore causata da alcune difficoltà con la stampa multi-materiale, ma hanno comunque concluso che la stampa 3D è un metodo promettente per accelerare il processo di sviluppo di dispositivi medici e per creare dispositivi con magneti integrati con complessità geometrica.

Gli autori del documento includono Kai von Petersdorff-Campen, Yannick Hausworth, Julia Carpenter, Andreas Hagmann, Stefan Boës, Marianne Schmid Daners, Dirk Penner e Mirko Meboldt.

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