チューリッヒの科学者が磁石を埋め込んだ人工心臓ポンプを3Dプリント

2018年10月30日、南極熊は海外メディアから、スイス連邦工科大学チューリッヒ校機械・プロセス工学科の博士課程学生カイ・フォン・ペータースドルフ・カンペン氏が磁石を含んだ製品を製造するための3Dプリント技術を開発したことを知った。彼は「埋め込み磁石印刷」と呼ばれる手法を、人工心臓ポンプのプロトタイプを3Dプリントすることで実証し、アメリカ人工臓器学会（ASAIO）のプロトタイプ部門で最優秀賞を受賞した。

△プロトタイプの断面。濃い灰色の磁性部品がはっきりと見える
「私の目標は、優れた心臓ポンプを作ることではなく、それをワンステップで作る方法を示すことだった」とペータースドルフ・カンペン氏は語った。

人工心臓ポンプは幾何学的に複雑な製品であるだけでなく、さらに重要なことには磁石が含まれている。そして磁石を使った 3D プリントの分野の研究はまだ初期段階にある。したがって、Petersdorff-Campen の心臓ポンプは、3D プリントを使用して磁気部品を製造する最初のプロトタイプの 1 つです。

26歳の博士課程の学生がこの春に試作品を開発した。ピータースドルフ・カンペン氏は、新たに開発した手法を「埋め込み磁石印刷」と呼んでいる。重要なのは、磁石がプラスチックに直接 3D プリントされていることを確認することです。磁性粉とプラスチックを混ぜてフィラメントと呼ばれるものに加工してから印刷します。 FDM テクノロジーを使用すると、これらのフィラメントはノズルを通して印刷され、コンピューターで生成された形状が自動的に印刷されます。印刷された製品は外部磁場によって磁化されます。プラスチック製の心臓ポンプのプロトタイプの印刷には合計 15 時間かかりました。

最も大きな困難の 1 つは、ワイヤーの開発です。粒子混合物に磁性粉末を多く加えるほど、磁石は強くなりますが、最終製品はより脆くなります。「フィラメントが十分な磁力を持ちながら、印刷できるほど柔軟になるまで、さまざまなプラスチックや混合物をテストしました」とピータースドルフ・カンペン氏は語った。

ペータースドルフ＝カンペンは自身の研究を学術雑誌に発表した。反応は様々だと彼は説明する。「すでに材料をどこで注文できるか尋ねる人もいます」。さまざまな承認プロセスを経なければならないため、3Dプリントは医療機器の製造には適していないと批判する人もいる。「しかし、それは私の焦点ではない」とペータースドルフ・カンペンは強調した。「私はただ原理を示したかったのです」。彼は科学者や開発者にとってさらなる一歩を踏み出す価値があると確信している。

△ポリマーと磁性粉末の混合物からなるワイヤー
彼の方法は心臓ポンプの製造には適していないかもしれないが、磁石の3Dプリントの可能性は非常に大きい。磁石は、コンピューターのハードドライブからスピーカー、電子レンジまで、多くの家庭用テクノロジー機器に使用されている電気モーターにも使用されています。現在、磁石を備えた幾何学的に複雑な部品は複雑な射出成形によって製造されていますが、3D プリントを使用すると、このプロセスを大幅に高速化して低コスト化できます。
ペーターゾロルフ・カンペン氏は、まだ道のりは長いと語る。「材料と加工の面で、改善すべき点がまだたくさんあります。」例えば、彼の心臓ポンプは、1分間に2.5リットルの血液を送り出すことができ、1,000回回転する。しかし、これはまだ実際の現場で求められる基準を満たしていない。「私は、このような装置を埋め込みたいとは思いません。」

出典: 3ders

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