ETH-promovendus Kai von Petersdorff-Campen heeft een methode ontwikkeld om producten met magneten te maken met behulp van 3D-printen. Hij gebruikte een kunstmatige hartpomp om het werkingsprincipe te demonstreren - en won een internationale prototypewedstrijd.

Toen Kai von Petersdorff-Campen besloot een kunstmatige hartpomp te maken met behulp van 3D-printen, hij had niet verwacht dat zijn project zoveel aandacht zou trekken. Het stuk plastic dat hij na 15 uur uit de printer haalde, was van zeer lage kwaliteit. Maar zoals de daaropvolgende test aantoonde, het werkte - en dat was het belangrijkste punt. "Mijn doel was niet om een ​​goede hartpomp te maken, maar om het principe te demonstreren hoe het in één stap kan worden geproduceerd, ", zegt Petersdorff-Campen.

Positieve resonantie

De 26-jarige promovendus van de faculteit Werktuigbouwkunde en Procestechniek ontwikkelde de prototypes dit voorjaar in slechts enkele maanden tijd. Vervolgens ontving hij een uitnodiging voor de prestigieuze ASAIO-conferentie in Washington in juni, waar hij een podiumtoespraak hield. Hij won ook de prototypewedstrijd met de video die hij over het project instuurde.

Het belangrijkste onderdeel van het project van Petersdorff-Campen is niet de hartpomp zelf; dit is gewoon een voorbeeldtoepassing van de 3D-printmethode die de jonge ETH-onderzoeker heeft ontwikkeld. Kunsthartpompen zijn niet alleen geometrisch complexe producten, maar, belangrijker, ze bevatten magneten – en op het gebied van 3D-printen met magneten, onderzoek staat nog in de kinderschoenen. De hartpomp van Petersdorff-Campen is daarom een ​​van de eerste prototypes met magnetische componenten die zijn vervaardigd met behulp van 3D-printen.

De sleutel is het vinden van de juiste mix

Petersdorff-Campen noemt zijn nieuw ontwikkelde methode "embedded magnet printing". De sleutel is om ervoor te zorgen dat de magneten direct in het plastic worden gedrukt. Magnetisch poeder en plastic worden voor het printen gemengd en verwerkt tot strengen die filamenten worden genoemd. Deze gaan dan door de 3D-printer, waar ze op dezelfde manier worden verwerkt als conventioneel 3D-printen – Petersdorff-Campen koos voor de FDM-methode. Een mondstuk voert automatisch de door de computer gegenereerde vorm uit, met zijn verschillende componenten. Eindelijk, het gedrukte stuk wordt gemagnetiseerd in een extern veld.

Een van de grootste problemen was het ontwikkelen van de filamenten:hoe meer magnetische poeder er aan het granulaatmengsel wordt toegevoegd, hoe sterker de magneet, maar hoe brozer het eindproduct. Echter, om de filamenten door de 3D-printer te drukken, ze moeten redelijk flexibel zijn. Petersdorff-Campen is er nu in geslaagd een gulden middenweg te vinden. "We hebben verschillende kunststoffen en mengsels getest, totdat de filamenten flexibel genoeg waren om te printen maar nog genoeg magnetische kracht hadden, " hij zegt.

Petersdorff-Campen, die werkt in de Product Development Group van het Institute for Design, Materialen en fabricage onder professor Mirko Meboldt, presenteerde de methode niet alleen op de onderzoeksconferentie in Washington, maar heeft het ook gepubliceerd in een wetenschappelijk tijdschrift. De reacties waren wisselend, hij legt uit:"Sommige mensen vragen al waar ze het materiaal kunnen bestellen." Anderen bekritiseerden dat het 3D-printen niet geschikt is voor de productie van medische hulpmiddelen, vanwege de verschillende goedkeuringsprocessen. "Dat was niet mijn focus, echter, " benadrukt Petersdorff-Campen. "Ik wilde gewoon het principe laten zien." Hij is er zeker van dat het de moeite waard is om het door wetenschappers en ontwikkelaars verder te ontwikkelen.

Interessant voor elektromotoren

Ook al is de methode misschien niet geschikt voor hartpompen, het potentieel van 3D-printen van magneten is enorm:ze zijn een belangrijk onderdeel van veel meer dan alleen medische hulpmiddelen. Bijvoorbeeld, ze worden gebruikt in elektromotoren, zoals die in tal van technische huishoudelijke apparaten, van de harde schijf van een computer tot luidsprekers en magnetrons. Vandaag, geometrisch complexe componenten met magneten worden geproduceerd door complex spuitgieten:3D-printen zou dit proces aanzienlijk sneller en dus goedkoper kunnen maken.

Echter, dat is nog ver weg, zegt Petersdorff-Campen:"Er valt nog veel te verbeteren qua materiaal en verwerking." Bijvoorbeeld, zijn hartpomp heeft misschien de eerste tests doorstaan ​​en pompte 2,5 liter per minuut met 1, 000 omwentelingen, maar dit voldoet nog niet aan de eisen die in de praktijk gesteld worden:"Ik zou zo'n apparaat niet willen laten implanteren."