科学家使用“嵌入式磁铁打印”3D打印人工心脏泵

来自瑞士苏黎世联邦理工学院机械与工艺工程系的博士生Kai von Petersdorff-Campen开发了一种3D打印技术，用于制造含有磁铁的产品。通过3D打印人工心脏泵原型，他展示了他的方法，被称为“嵌入式磁铁打印”，并获得了美国人工内脏协会(ASAIO)的原型设计一等奖。


原型的横截面，深灰色的磁成分清晰可见

“我的目标不是制造一个好的心脏泵，而是演示如何在一个步骤中生产心脏泵的原理，”Petersdorff-Campen说。

人工心脏泵不仅是几何形状复杂的产品，更重要的是，它们含有磁铁——在使用磁铁的3D打印领域，研究仍处于起步阶段。因此，Petersdorff-Campen的心脏泵是最早使用3D打印技术制造的磁性元件原型之一。

今年春天，这位26岁的博士生开发出了原型机。Petersdorff-Campen将他新开发的方法称为“嵌入式磁铁打印”。关键是要确保磁铁是直接在塑料中3D打印的。磁粉和塑料在打印前混合，然后加工成丝状。利用FDM技术，这些塑料丝从喷嘴自动输出计算机生成的形状，以及它的各种组件。然后，将打印件置于外部磁场中磁化。这个塑料心泵原型花了15个小时才打印出来。

最大的困难之一是材料的配方：在颗粒状混合物中加入的磁粉越多，磁体就越强，然而，这会导致最终产品更脆。“我们测试了各种各样的塑料和混合物，直到这些纤维足够柔韧，可以打印，但仍然有足够的磁力，”Petersdorff-Campen说。

Petersdorff-Campen在学术期刊上发表了他的研究成果。人们的反应各不相同，他解释道:“一些人已经在问，他们可以在哪里订购这些材料。“一些人批评3D打印不适合生产医疗设备，因为它们必须经过各种审批程序。“然而，那不是我的重点，”Petersdorff-Campen强调说。“我只是想展示这个原理，他确信这是值得科学家和开发人员进一步开发的。


由聚合物-磁性粉末混合物组成的柔性长丝

尽管他的方法可能不适合制造心脏泵，但3D打印磁体的潜力是巨大的。磁体也被用于电动机，例如许多家用技术设备，从电脑硬盘到扬声器和微波炉。如今，几何形状复杂的磁铁部件都是通过复杂的注射成型来生产的，但如果采用3D打印技术，则可以大大加快生产速度，降低成本。

然而，这仍有很长的路要走，Petersdorff-Campen说：“在材料和加工方面仍有很多地方需要改进。例如，他的心脏泵能够以每分钟2.5升的速度成功地泵出1000次，但这还没有达到实际需要的标准，“我不想要这样的装置植入体内。”

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