Forscher an der ETH Zürich haben ein 3D-Druckverfahren namens „embedded magnet printing“ entwickelt, mit dem magnethaltige Objekte 3D-gedruckt werden können. Um das Prinzip zu zeigen, wurde eine Herzpumpe gedruckt. Doch das 3D-Druckverfahren kann noch viel mehr.

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Der Doktorand Kai von Petersdorff-Campen von der ETH Zürich entwickelte ein Verfahren für den 3D-Druck magnethaltiger Produkte. Er zeigte mit einer künstlichen Herzpumpe die Funktionsweise und landete damit bei einem internationalen Prototypen-Wettbewerb auf dem ersten Platz.

Große Anerkennung für das Prinzip hinter der Herzpumpe

In einer Pressemitteilung der ETH Zürich wurde erklärt, dass die Herzpumpe in 15 Stunden gedruckt wurde. Sie hatte eine sehr geringe Qualität. Es war nicht das Ziel, eine gute Herzpumpe herzustellen, sondern das Prinzip zeigen, wie sie in einem einzigen Arbeitsschritt gefertigt werden kann. Von dem 26-jährigen Doktoranden aus der Abteilung Maschinenbau und Verfahrenstechnik wurde der Prototyp im Frühling über einen Zeitraum weniger Monate entwickelt.

Ein Querschnitt des Prototyps
Die Qualität der Herzpumpe war nicht wichtig, denn es ging um die Herstellung in einem Arbeitsschritt (Bild © Kai von Petersdorff-Campen / ETH Zürich).

Für sein Projekt erhielt er eine Einladung für die angesehene Konferenz ASAIO in Washington. Er hatte dort die Gelegenheit im Juni ein Podiumsgespräch zu halten. Mit dem eingereichten Video über das Projekt gelang es ihm, den Prototypen-Wettbewerb gewinnen. Die Herzpumpe ist nur ein Anwendungsbeispiel des 3D-Druckverfahrens, welches der ETH-Jungforscher entwickelte.

Bei künstlichen Herzpumpen handelt es sich um magnethaltige Produkte. Die Forschung des 3D-Drucks von Magneten befindet sich noch am Anfang. Ein Forscherteam aus Kanada hat Anfang des Jahres für ein 3D-Druckverfahren Kaltgasspritzen eingesetzt, um Permanentmagnete herzustellen. Bei der Schweizer 3D-gedruckten Herzpumpe jetzt handelt es sich um den ersten Prototypen mit magnethaltigen Komponenten, der erfolgreich mit einem 3D-Drucker hergestellt wurde.

Das „embedded magnet printing“ im Detail

Das neue 3D-Druckverfahren nannte Petersdorff-Campen „embedded magnet printing“, bei dem die Magnete direkt in den Kunststoff eingedruckt werden. Der Kunststoff und das Magnetpulver werden vor dem ersten Druckvorgang gemischt, was zu Filamenten führt. Der ETH-Jungforscher entschied sich für das FDM-Verfahren. Die Entwicklung der Filamente bedeutete eine besondere Herausforderung. Je mehr Magnetpulver der Granulat-Mischung beigemengt wird, desto stärker ist der Magnet, doch das Endprodukt wird spröder. Petersdorff-Campen und sein Team erprobten zahlreiche verschiedene Kunststoffe und Mischungen, bis die Filamente ausreichend Flexibilität für den Druck und eine hohe Magnetkraft zeigten.

Eine Filamentrolle
Das Forscherteam erprobte zahlreiche verschiedene Kunststoffe und Mischungen, bis die Filamente ausreichend Flexibilität für den Druck und eine hohe Magnetkraft zeigten (Bild © Kai von Petersdorff-Campen / ETH Zürich).

Sein Verfahren veröffentlichte er in einem Fachjournal, was zu unterschiedlichen Reaktionen führte. Einige fragen bereits, wo das Material bestellt werden kann. Andere üben Kritik daran, dass die Fertigung medizinischer Geräte aufgrund verschiedener Zulassungsprozesse nicht auf den 3D-Druck ausgelegt seien. Eine Weiterentwicklung des Verfahrens durch Wissenschaftler und Entwickler dürfte sich Petersdorff-Campen zufolge lohnen.

Der 3D-Druck von Magneten bietet interessante Anwendungsbereiche, die von Elektromotoren über PC-Lautsprecher bis zu Mikrowellen reichen. Derartige komplexe magnethaltige Bauteile werden heute im aufwändigen Spritzgussverfahren gefertigt. Mit dem 3D-Druck könnte der Prozess deutlich schneller und günstiger werden. Auch in der OP-Vorbereitung ist der 3D-Druck von Nutzen. Die Ohio State University entwickelt eine Software, mit der sich Ärzte dank 3D-Druck besser auf Herzoperationen vorbereiten können. Das Projekt mit der Herzpumpe ist Teil des Zurich Heart. Was genau dahintersteckt, können Sie hier nachlesen.

Video: Magnet-3D-Druck für Herzpumpen

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