Come un bambino, Michael Sealy era alto. Un po' goffo, lui dice. E ne ha una prova duratura:due viti di metallo nel gomito sinistro.

Il mancino ha subito un intervento chirurgico dopo aver inciampato e fratturato quel gomito in quinta elementare. I chirurghi hanno inserito le viti per tenere insieme l'osso dell'ulna. L'osso è guarito. Le viti sono rimaste.

"Comincia a far male, "Sealy ha detto del gomito. "A volte sembra essere correlato con il freddo o un fronte temporalesco in arrivo. Altre volte, fa male—e ovviamente mia moglie non mi crede—quando faccio le faccende, come portare dentro la brocca del latte o tirare fuori i vestiti dalla lavatrice."

Ora assistente professore all'Università del Nebraska-Lincoln, Sealy ha mescolato affari con quel dispiacere aprendo la strada a un nuovo approccio a una ricerca decennale.

"Invece di avere questi impianti metallici permanenti, facciamone uno che si degrada nel tempo, " ha detto. "Eliminiamo tutta questa idea di un secondo intervento chirurgico per rimuovere questi impianti".

È una sfida importante per molteplici ragioni. Ma l'università ha dotato Nebraska Engineering di una tecnologia all'altezza di questa sfida:la prima stampante 3D al mondo in grado di integrare più materiali e processi di produzione, stampando anche metalli altamente reattivi come il magnesio.

Nel corpo umano, il magnesio è un minerale essenziale che aiuta effettivamente a mantenere l'integrità strutturale delle ossa. Tuttavia si degrada rapidamente anche se esposto all'ossigeno, acqua e sali, tutto ciò che è abbondante nel corpo.

Quella combinazione di familiarità e reattività, Sealy ha detto, rende il magnesio un ottimo candidato per diventare l'ingrediente principale nelle viti solubili, piastre e altri impianti medici che potrebbero eliminare gli interventi chirurgici successivi o una vita di dolori durante le tempeste di neve.

Per rinforzare il magnesio contro i rigori del corpo abbastanza a lungo da fungere da impianto, Sealy ha iniziato a sperimentare una tecnica chiamata pallinatura con shock laser quando era uno studente laureato.

"Quel processo equivale a prendere un martello e colpire la tua macchina con esso, " ha detto. "Faccio la stessa cosa, tranne che lo faccio con un laser, il laser è il mio martello, e colpisco l'impianto per renderlo essenzialmente più duro e più forte."

La pallinatura laser ha aiutato il magnesio a resistere così bene ai test di corrosione iniziali che Sealy ha iniziato a pensare ai risultati della sua tesi come "dati di casa sul lago, perché era così buono che stavo per commercializzare la tecnologia e comprare una casa sul lago con quei risultati".

Sealy ha quindi iniziato a testare la corrosione a lungo termine delle parti in magnesio in un fluido che simulava l'ambiente acquoso del corpo. Questa volta, i risultati sono stati più deludenti:le viti hanno perso il 50 percento della loro forza dopo solo una settimana e l'80 percento dopo due settimane. Sealy si rese subito conto che la pallinatura solo della superficie delle parti in magnesio non sarebbe stata sufficiente.

"Con quello, Ho ottenuto risultati da casa di cartone, '", ha ammesso con una risata. "E 'stato un po' deprimente. Ma questa è stata una delle mie grandi motivazioni per venire in Nebraska. Mi sono reso conto che se avessi (volevo) controllare il degrado di questi impianti non solo sulla superficie esterna, ma per tutta la durata del dispositivo, Avevo bisogno di ottenere qualcosa con una stampante 3D in metallo che mi permettesse di stampare questi impianti di magnesio".

Non solo qualsiasi stampante 3D andrebbe bene. Aveva bisogno di accedere al tipo di tecnologia che stava appena iniziando a emergere. Nebraska Engineering gli ha offerto l'opportunità di aiutare a dirigere l'acquisto di tre stampanti 3D all'avanguardia.

Quelle stampanti eliminano praticamente tutto l'ossigeno, umidità e altre impurità che potrebbero reagire con il magnesio, una capacità abbastanza rara in sé. Ma consentono anche agli ingegneri del Nebraska di costruire componenti strato per strato, che consente a Sealy e ai suoi colleghi di incorporare più materiali o costruire complesse strutture interne.

L'altro grande vantaggio? Essere in grado di applicare vari trattamenti di produzione, inclusa la pallinatura con shock laser, a uno o tutti gli strati interni di una parte.

"Allora posso controllare la corrosione fino in fondo attraverso questi dispositivi, "Sealy ha detto. "Questo approccio è essenzialmente un modo per stampare le proprie proprietà meccaniche. È qualcosa che la produzione tradizionale non ha mai avuto la capacità di fare prima.

"La particolarità della nostra stampante è che è la prima in cui hanno effettivamente combinato queste capacità di stampa ibrida e reattiva. Direi che questa è probabilmente la struttura di produzione di additivi ibridi più avanzata al mondo, solo perché la nostra attrezzatura è così rara."

Con quel livello di personalizzazione al suo comando, Sealy sta ora sperimentando per rispondere a più domande:in che modo la pallinatura dei singoli strati influisce sul tasso di corrosione di una parte risultante? Qual è la concentrazione ottimale di magnesio rispetto ad altri metalli? Questi risultati cambiano in base alla tecnica di stampa delle parti?

"Questa è la parte divertente:capire quali sono queste regole empiriche per le diverse tecnologie di stampa su diversi sistemi di materiali, " Egli ha detto.

In definitiva, Sealy ha detto, l'approccio stampa e penna dovrebbe aiutarlo a progettare e costruire impianti di magnesio che si degradano a velocità diverse all'interno del corpo. Un modello di placca clavicolare o perno per ginocchio potrebbe degradarsi entro un anno, mentre un altro potrebbe dissolversi in tre o cinque anni.

"Se mi prendi quando ero in quinta elementare e mi sono rotto il gomito, Stavo rigenerando rapidamente nuovo tessuto osseo, " disse Sealy. "Le mie ossa stavano guarendo rapidamente, quindi avevo bisogno di un impianto che si degradasse rapidamente. Se qualcuno è una donna di 75 anni con osteoporosi che forse ha fumato per tutta la vita, non rigenera il nuovo tessuto osseo così velocemente. Potrebbe aver bisogno di un impianto che si degradi lentamente. Possiamo farlo."