Pompa cardiaca dalla stampante 3D
Il dottorando Kai von Petersdorff-Campen ha sviluppato un processo per la fabbricazione di prodotti magnetici con la stampa 3D. Utilizzando una pompa cardiaca artificiale, ne ha dimostrato il funzionamento e ha vinto un concorso internazionale per prototipi.
Quando Kai von Petersdorff-Campen decise di produrre una pompa cardiaca artificiale con la stampa 3D, non aveva idea di quanta attenzione avrebbe suscitato questo progetto. La parte in plastica che ha estratto dalla stampante dopo 15 ore era di qualità molto scadente. Ma funzionava, come ha dimostrato il test successivo, e questo era l'aspetto principale. "Il mio obiettivo non era quello di produrre una buona pompa cardiaca, ma di dimostrare il principio di come sia possibile produrla in un unico passaggio", afferma Petersdorff-Campen.
Risposta positiva
Il dottorando 26enne del Dipartimento di Ingegneria meccanica e dei processi ha sviluppato il prototipo in pochi mesi questa primavera. Alla fine ha ricevuto un invito alla rinomata conferenza ASAIO di Washington per il progetto, è stato invitato a tenere un discorso sul podio a giugno e ha vinto il concorso per prototipi con il video che ha presentato sul progetto.
La particolarità del progetto di Petersdorff-Campen non è la pompa cardiaca in sé. È solo un esempio di applicazione del processo di stampa 3D sviluppato dal giovane ricercatore dell'ETH. Le pompe cardiache artificiali non sono solo prodotti geometricamente complessi, ma soprattutto magnetici. E la ricerca sulla stampa 3D di magneti è ancora agli inizi. La pompa cardiaca di Petersdorff-Campen è uno dei primissimi prototipi con componenti magnetici realizzati con la stampa 3D.
È tutta una questione di mix
Petersdorff-Campen chiama il suo nuovo processo "stampa a magneti incorporati". La caratteristica principale è che i magneti vengono stampati direttamente nella plastica. Funziona così: la polvere magnetica e la plastica vengono mescolate prima della stampa e trasformate in fili, detti filamenti. Questi vengono poi inseriti nella stampante 3D, dove vengono lavorati in modo simile ai processi di stampa 3D convenzionali - Petersdorff-Campen ha scelto il cosiddetto processo FDM. Un ugello espelle automaticamente lo stampo generato dal computer con i suoi vari componenti. Infine, la parte stampata viene magnetizzata in un campo esterno.
Una delle maggiori difficoltà è stato lo sviluppo dei filamenti. Più polvere magnetica si aggiunge alla miscela di granuli, più forte diventa il magnete, ma più fragile è il prodotto finale. Tuttavia, per poter essere pressati attraverso la stampante 3D, i filamenti devono essere ragionevolmente flessibili. Petersdorff-Campen è riuscito a trovare una sorta di mezzo felice. "Abbiamo testato diverse materie plastiche e miscele finché i filamenti non sono risultati sufficientemente flessibili per la stampa, pur mantenendo un'elevata forza magnetica", spiega il giovane ricercatore.
Petersdorff-Campen, che lavora nel gruppo di sviluppo prodotti dell'Istituto di Design, Materiali e Fabbricazione sotto la guida del professore Mirko Meboldt, non solo ha presentato il processo alla conferenza di ricerca di Washington, ma lo ha anche pubblicato in una rivista specializzata. Le reazioni sono state contrastanti. "Altri criticano il fatto che la produzione di apparecchiature mediche non è concepita per la stampa 3D a causa dei vari processi di approvazione. "Ma non era questo il mio scopo", sottolinea Petersdorff Campen, "volevo solo mostrare il principio", certo che sarà salario se scienziati e sviluppatori continueranno a sviluppare il processo.
Interessante per i motori elettrici
Anche se forse non per le pompe cardiache, il potenziale della stampa 3D dei magneti è enorme. I magneti non si trovano solo nelle apparecchiature mediche. Si trovano anche nei motori elettrici, ad esempio, che sono installati in numerosi elettrodomestici: Dai dischi rigidi dei PC agli altoparlanti e ai microonde. Oggi, questi componenti geometricamente complessi contenenti magneti sono prodotti con elaborati processi di stampaggio a iniezione. La stampa 3D potrebbe rendere questo processo molto più veloce e quindi più economico.
La strada da percorrere è ancora lunga, come afferma Petersdorff-Campen: "C'è ancora molto da migliorare in termini di materiali e lavorazione". La sua pompa cardiaca ha superato i primi test e ha pompato 2,5 litri al minuto a 1000 rotazioni. Tuttavia, questo non soddisfa ancora i requisiti nella pratica. "Non vorrei che mi venisse impiantato un dispositivo del genere".
Il progetto fa parte del pagina esternaCuore di Zurigo dell'Hochschulmedizin Zürich.