Il dottorando dell'ETH Kai von Petersdorff-Campen ha sviluppato un metodo per creare prodotti contenenti magneti utilizzando la stampa 3D. Ha usato una pompa cardiaca artificiale per dimostrare il principio di funzionamento e ha vinto un concorso internazionale di prototipi.

Quando Kai von Petersdorff-Campen ha deciso di realizzare una pompa cardiaca artificiale utilizzando la stampa 3D, non sospettava che il suo progetto avrebbe attirato così tanta attenzione. Il pezzo di plastica che ha preso dalla stampante dopo 15 ore era di qualità molto bassa. Ma come ha mostrato il test successivo, ha funzionato – e questo era il punto chiave. "Il mio obiettivo non era quello di fare un buon pompaggio cardiaco, ma per dimostrare il principio di come può essere prodotto in un unico passaggio, " dice Petersdorff-Campen.

Risonanza positiva

Il dottorando di 26 anni del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e di Processo ha sviluppato i prototipi questa primavera nel giro di pochi mesi. Ha poi ricevuto un invito alla prestigiosa conferenza ASAIO a Washington nel mese di giugno, dove ha tenuto un discorso sul podio. Ha anche vinto il concorso per prototipi con il video che ha presentato sul progetto.

La parte significativa del progetto di Petersdorff-Campen non è la pompa cardiaca in sé; questa è semplicemente un'applicazione esemplificativa del metodo di stampa 3D che il giovane ricercatore dell'ETH ha sviluppato. Le pompe cardiache artificiali non sono solo prodotti geometricamente complessi, ma, ma ancora più importante, contengono magneti – e nel campo della stampa 3D con magneti, la ricerca è ancora agli inizi. La pompa cardiaca di Petersdorff-Campen è quindi uno dei primi prototipi con componenti magnetici realizzati con la stampa 3D.

La chiave è trovare il giusto mix

Petersdorff-Campen chiama il suo metodo di nuova concezione "stampa con magnete incorporato". La chiave è garantire che i magneti siano stampati direttamente nella plastica. La polvere magnetica e la plastica vengono mescolate prima della stampa e lavorate in fili noti come filamenti. Questi poi passano attraverso la stampante 3D, dove vengono elaborati in modo simile alla stampa 3D convenzionale – Petersdorff-Campen ha scelto il metodo FDM. Un ugello emette automaticamente il modulo generato dal computer, con i suoi vari componenti. Finalmente, il pezzo stampato è magnetizzato in un campo esterno.

Una delle difficoltà maggiori è stata lo sviluppo dei filamenti:più polvere magnetica viene aggiunta alla miscela di granulato, più forte è il magnete, ma più fragile è il prodotto finale. Però, affinché i filamenti vengano pressati attraverso la stampante 3D, devono essere ragionevolmente flessibili. Petersdorff-Campen è ora riuscito a trovare una via di mezzo. "Abbiamo testato varie plastiche e miscele, finché i filamenti non erano abbastanza flessibili per la stampa ma avevano ancora abbastanza forza magnetica, " lui dice.

Petersdorff-Campen, che lavora nel Gruppo Sviluppo Prodotto presso l'Istituto per il Design, Materiali e fabbricazione sotto il professor Mirko Meboldt, non solo ha presentato il metodo alla conferenza di ricerca a Washington, ma lo ha anche pubblicato su una rivista accademica. Le reazioni sono state diverse, spiega:"Alcune persone stanno già chiedendo dove possono ordinare il materiale". Altri hanno criticato che la stampa 3D non è adatta alla produzione di dispositivi medici, a causa dei vari processi di approvazione. "Non era il mio obiettivo, però, " sottolinea Petersdorff-Campen. "Volevo semplicemente mostrare il principio." È sicuro che valga la pena di essere ulteriormente sviluppato da scienziati e sviluppatori.

Di interesse per i motori elettrici

Anche se il metodo potrebbe non essere adatto per le pompe cardiache, il potenziale della stampa 3D dei magneti è enorme:sono un componente chiave in molto più che semplici dispositivi medici. Per esempio, sono utilizzati nei motori elettrici, come quelli di numerosi apparecchi tecnici domestici, dal disco rigido di un computer agli altoparlanti e ai forni a microonde. Oggi, componenti geometricamente complessi con magneti sono prodotti mediante stampaggio a iniezione complesso:la stampa 3D potrebbe rendere questo processo significativamente più veloce e quindi più economico.

Però, che è ancora molto lontano, afferma Petersdorff-Campen:"C'è ancora molto da migliorare in termini di materiale e lavorazione". Per esempio, la sua pompa cardiaca potrebbe aver superato i test iniziali e pompato 2,5 litri al minuto con 1, 000 rotazioni, ma questo non soddisfa ancora gli standard richiesti nella pratica:"Non vorrei che fosse impiantato un dispositivo del genere".