Coupe transversale du prototype. Les composants magnétiques gris foncé sont clairement visibles. Crédit :Kai von Petersdorff-Campen / ETH Zurich
Le doctorant de l'ETH Kai von Petersdorff-Campen a développé une méthode pour créer des produits contenant des aimants en utilisant l'impression 3D. Il a utilisé une pompe cardiaque artificielle pour démontrer le principe de fonctionnement et a remporté un concours international de prototypes.
Lorsque Kai von Petersdorff-Campen a décidé de fabriquer une pompe cardiaque artificielle en utilisant l'impression 3D, il ne se doutait pas que son projet attirerait autant d'attention. Le morceau de plastique qu'il a retiré de l'imprimante au bout de 15 heures était de très mauvaise qualité. Mais comme l'a montré le test qui a suivi, cela a fonctionné - et c'était le point clé. "Mon objectif n'était pas de faire une bonne pompe cardiaque, mais pour démontrer le principe de la façon dont il peut être produit en une seule étape, " dit Petersdorff-Campen.
Résonance positive
Le doctorant de 26 ans du Département de génie mécanique et des procédés a développé les prototypes ce printemps en quelques mois seulement. Il a ensuite reçu une invitation à la prestigieuse conférence ASAIO à Washington en juin, où il a prononcé un discours sur le podium. Il a également remporté le concours de prototypes avec la vidéo qu'il a soumise sur le projet.
La partie importante du projet de Petersdorff-Campen n'est pas la pompe cardiaque elle-même; il s'agit simplement d'un exemple d'application de la méthode d'impression 3D développée par le jeune chercheur de l'ETH. Les pompes cardiaques artificielles ne sont pas seulement des produits géométriquement complexes, mais, plus important, ils contiennent des aimants – et dans le domaine de l'impression 3D avec des aimants, la recherche en est encore à ses balbutiements. La pompe cardiaque de Petersdorff-Campen est donc l'un des premiers prototypes à composants magnétiques fabriqués par impression 3D.
Filament flexible constitué d'un mélange polymère-poudre magnétique. Crédit :Kai von Petersdorff-Campen / ETH Zurich
La clé est de trouver le bon mélange
Petersdorff-Campen appelle sa méthode nouvellement développée « impression magnétique intégrée ». La clé est de s'assurer que les aimants sont imprimés directement dans le plastique. La poudre magnétique et le plastique sont mélangés avant l'impression et transformés en brins appelés filaments. Ceux-ci passent ensuite par l'imprimante 3D, où ils sont traités de la même manière que l'impression 3D conventionnelle – Petersdorff-Campen a choisi la méthode FDM. Une buse sort automatiquement le formulaire généré par ordinateur, avec ses divers composants. Finalement, la pièce imprimée est magnétisée dans un champ extérieur.
L'une des plus grandes difficultés a été le développement des filaments :la poudre plus magnétique qui est ajoutée au mélange de granulés, plus l'aimant est puissant, mais plus le produit final est fragile. Cependant, pour que les filaments soient pressés à travers l'imprimante 3D, ils doivent être raisonnablement flexibles. Petersdorff-Campen a maintenant réussi à trouver un juste milieu. "Nous avons testé divers plastiques et mélanges, jusqu'à ce que les filaments soient suffisamment flexibles pour l'impression mais aient encore suffisamment de force magnétique, " il dit.
Petersdorff-Campen, qui travaille dans le groupe de développement de produits à l'Institute for Design, Matériaux et fabrication sous la direction du professeur Mirko Meboldt, non seulement présenté la méthode à la conférence de recherche à Washington, mais l'a également publié dans une revue académique. Les réactions sont variées, il explique :« Certaines personnes demandent déjà où elles peuvent commander le matériel. D'autres ont critiqué le fait que l'impression 3D n'est pas adaptée à la production de dispositifs médicaux, en raison des divers processus d'approbation. "Ce n'était pas mon objectif, cependant, " souligne Petersdorff-Campen. " Je voulais simplement montrer le principe. " Il est sûr que cela vaut la peine d'être développé par les scientifiques et les développeurs.
Intéressant pour les moteurs électriques
Même si la méthode ne convient pas aux pompes cardiaques, le potentiel de l'impression 3D d'aimants est énorme :ils sont un élément clé dans bien plus que de simples dispositifs médicaux. Par exemple, ils sont utilisés dans les moteurs électriques, tels que ceux de nombreux appareils ménagers techniques, du disque dur d'un ordinateur aux haut-parleurs et aux micro-ondes. Aujourd'hui, des composants géométriquement complexes avec des aimants sont produits par moulage par injection complexe :l'impression 3D pourrait rendre ce processus beaucoup plus rapide et donc moins cher.
Cependant, c'est encore loin, déclare Petersdorff-Campen :« Il y a encore beaucoup à améliorer en termes de matériaux et de traitement. Par exemple, sa pompe cardiaque a peut-être réussi les tests initiaux et pompé 2,5 litres par minute avec 1, 000 tours, mais cela ne répond pas encore aux normes requises en pratique :« Je ne voudrais pas qu'un tel dispositif soit implanté.
