Как сделать маску с помощью 3D-печати

В нынешней ситуации, когда мы столкнулись с глобальной пандемией из-за распространения коронавируса COVID-19, мы считаем, что любой вклад и помощь, которые могут быть оказаны из любой области, могут быть чрезвычайно важными, и появляются очень интересные инициативы. из сферы 3D-печати, которые, по нашему мнению, имеют отношение к распространению.

В последние дни часто появляются новости о нехватке масок, основных средств защиты, особенно для медицинских работников, а также для других людей, которые могут быть более подвержены риску заражения вирусом из-за своей работы или других обстоятельств.

По этой причине команда Copper3D, производителя антибактериальной нити PLActive, поделилась дизайном маски, пригодной для изготовления практически на любом 3D-принтере FDM, файл STL которой доступен для бесплатного скачивания:

СКАЧАТЬ STL

Изображение 1:Дизайн маски NanoHack. Источник:3D Copper.

Эта маска имеет следующие характеристики:

• Противомикробные и антивирусный , изготовленный из PLActive, инновационного нанокомпозита, разработанного с использованием высококачественного PLA и запатентованной, научно подтвержденной и высокоэффективной наномедной добавки.
• Подходит для вторичной переработки :Более широкое использование одноразовых хирургических масок и респираторов будет иметь пагубное воздействие на окружающую среду. Чтобы избежать этого пагубного воздействия на экосистему, при использовании нити PLActive для печати используется перерабатываемый материал.
• Плоский массив , чтобы упростить его массовое производство практически на любом 3D-принтере FDM.
• Модульная система фильтрации :Маска включает в себя новую модульную систему фильтрации мелких частиц, изготовленную из материала, в котором используются проверенные нанокомпозиты меди для дезактивации вирусов. Эта система фильтрации включает в себя несколько слоев с различной геометрией для обеспечения эффективной фильтрации мелких частиц. Кроме того, он может вмещать сторонние фильтрующие материалы, такие как нетканый пропилен, губки или текстиль.
• Возможности термоформования при 55 - 60 ºC, что позволяет придать правильную форму анатомии любого лица просто с помощью фена или теплой воды.
• Контроль фильтрации и забор воздуха . Было показано, что длительное использование респираторов снижает емкость легких. Эти одноразовые респираторы не позволяют регулировать подачу воздуха или размер частиц. Эта маска включает в себя модульный фильтрующий диск, который может эффективно регулировать поступление воздуха и размер частиц. Эта система может быть настроена с использованием нетканого фильтрующего пропилена, одежды, губок и различных тканей для снижения уровня фильтрации.

3D-печать и сборка маски очень просты, но для безопасного использования важно следовать следующим инструкциям:

1. Печатайте детали с 20 % заполнением, без поддержки или подложек. На каждую маску расходуется около 40 граммов филамента, поэтому с 750-граммовой катушки PLActive можно напечатать 17-18 масок.
2. Нагрейте маску до 55–60 ºC с помощью фена или горячей воды. Круглая часть должна быть целой, поэтому она толще во избежание деформации.
3. При смягчении сведите крылья носа и регулировочные крылья, расположенные на нижней челюсти.
4. Снова нагрейте и поместите его на лицо, чтобы полностью подогнать его под каждое лицо.
5. Введите один или два дополнительных фильтра. Если вы используете фильтр, вы можете использовать круглый кусок (одинарный или двойной) обычной нетканой пропиленовой маски (А) или добавить ватную подушечку для снятия макияжа (В), хорошо прижав их к окну системы фильтрации. Фильтрацию и поток воздуха можно регулировать с помощью комбинации этих элементов.
6. Добавьте резинки для крепления.

Изображение 2. Инструкции по сборке NanoHack. Источник:Медь 3D.

Другой вариант — использовать гибкий антибактериальный MD ¹ . Гибкая нить, также производимая Copper3D, является гибкой, поэтому напечатанную маску не нужно нагревать для адаптации.

С другой стороны, необходимо учитывать, что эти маски, хотя и эффективны, имеют определенные ограничения, такие как короткий жизненный цикл (примерно 8 часов). Респираторные вирусы, в частности SARS-Cov-2 (COVID-19), могут жить до 72 часов на разных поверхностях, потому что в конце дня у нас будет высокая вирусная / бактериальная нагрузка всего в нескольких миллиметрах от нашего носа и рта. , еще больше подвергая себя воздействию этих опасных микробов.

Наконец, мы хотим поблагодарить проект NanoHack и его команду ученых и промышленных дизайнеров из США и Чили за предоставление обществу описания и планов своего патента.

ОБНОВЛЕНИЕ (20 марта) :Copper3D опубликовала сообщение, чтобы развеять сомнения относительно сертификации и использования Nanohack. Посмотреть публикацию

ОБНОВЛЕНИЕ (21 марта) :Новое сообщение от Copper3D, в котором говорится, что эффективность фильтрации Nanohack составляет 96,4 % для микроорганизмов размером 1 микрон и 89,5 % для микроорганизмов размером 0,02 микрона. Кроме того, в нем подробно описаны спецификации и конфигурации для правильной печати Nanohack практически на любом 3D-принтере FDM. Посмотреть публикацию

НаноХак 2.0

Недавно команда Copper3D поделилась новым дизайном маски:NanoHack 2.0.

В отличие от других концептов, NanoHack 2.0 состоит из прочной и герметичной моноблочной конструкции, которая должна быть напечатана на 3D-принтере с помощью PLActive, чтобы обеспечить максимальную защиту от внешней среды. Чтобы сделать маску водонепроницаемой, каркас герметизирован краем, напечатанным на 3D-принтере из MDFlex, антимикробного ТПУ.

СКАЧАТЬ STL

Изображение 3:Дизайн маски NanoHack 2.0. Источник:Медь 3D.

Технические аспекты

Маска NanoHack — это устройство, созданное для защиты от частиц в воздухе и предотвращения распространения жидкостей, загрязняющих дыхательные пути.

В ходе исследований эффективности самодельных масок было обнаружено, что фильтрующие материалы NanoHack (нетканый полипропилен, тот же материал, что и в хирургических масках) обеспечивают эффективность фильтрации 96,4 % для микроорганизмов размером 1 микрон и 89,5 % для микроорганизмов размером 0,02 мкм.

Согласно исследованию FDA США, конструкция обычных хирургических масок не обеспечивает полной защиты от микробов и других загрязнений из-за их свободного прилегания. Кроме того, хирургические маски являются одноразовыми устройствами, которые необходимо безопасно утилизировать. Органы здравоохранения рекомендуют поместить эти предметы в пластиковый пакет и выбросить; а также мытье рук после обращения с использованной маской. Ранее опубликованные исследования показали, что высокая вирусная нагрузка, остающаяся в хирургических масках и респираторах, может быть источником передачи вируса как для человека, носящего маску и респираторы, так и для других. Это может произойти, когда туалеты касаются вашей маски, а затем не моют руки, или когда они выбрасывают маску без надлежащих мер предосторожности при утилизации. Кроме того, возбудители, пропускаемые хирургическими респираторами у больных в операционной, повышают риск внутрибольничных инфекций (инфекций, приобретенных во время пребывания в стационаре). По всем этим причинам в маске NanoHack используется перерабатываемый и биосовместимый полимер, который содержит нанокомпозит меди с антимикробными свойствами:PLActive.

О антимикробной активности меди можно сказать, что она ингибирует репликацию и возможности распространения SARS-CoV, гриппа и других респираторных вирусов. Это связано с тем, что они обладают высоким антимикробным потенциалом (противовирусным и антибактериальным).

Изображение 4. Противовирусная активность меди. Источник:Медь 3D.

Таким образом, медь может инактивировать вирусы, такие как SARS-CoV, вирус гриппа, H1N1, и уничтожать опасные бактерии, такие как золотистый стафилококк, кишечная палочка или листерия среди прочих, после короткого периода воздействия. Нити PLActive и MDflex от производителя Copper3D be. эффективная и недорогая дополнительная стратегия, помогающая снизить передачу различных инфекционных заболеваний за счет ограничения внутрибольничной инфекционной передачи.
NanoHack был задуман как антимикробная маска для лица, подходящая для 3D-печати в FDM и изготовленная из активных материалов. Для его монтажа необходимо использовать активные нетканые полипропиленовые фильтры (3 слоя) для получения дополнительной защиты от микроорганизмов.

Согласно исследованию Боркова Г. (Нейтрализация вирусов в суспензиях с помощью фильтров на основе оксида меди. Антимикробные средства и химиотерапия), фильтр из нетканого материала, пропитанный оксидом меди, способен генерировать вирусные фильтры разных типов, в том числе респираторные вирусы.

Изображение 5. Дизайн масочных фильтров NanoHack 2.0. Источник:Медь 3D.

Для оптимальной защиты от окружающей среды рекомендуется использовать трехслойный нетканый полипропиленовый фильтр с медными нанокомпозитами, разработанный The Copper Company.

Изображение 6:Таблица снижения вирусной нагрузки с помощью фильтров с частицами меди. Источник:Медь 3D.

Изображение 7:Изображения полипропиленовых волокон, пропитанных оксидом меди, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. Источник:Медь 3D.

В случае отсутствия доступа к этому типу фильтров в исследовании Анны Дэвис анализируется эффективность фильтров из различных материалов, таких как вакуумные фильтры и волокна, такие как хлопок или шелк:

Изображение 8. Таблица эффективности различных материалов в качестве фильтра. Источник:Медь 3D.

Рекомендации по использованию

Цель NanoMask 2.0 — обеспечить защиту населения от частиц в воздухе и предотвратить распространение жидких аэрозолей, которые могут загрязнить дыхательные пути. Обратите внимание, что это не маска N95. Это маска для лица, и ее не следует рассматривать в качестве одобренного средства индивидуальной защиты.

В отношении медицинских работников это устройство следует использовать в крайнем случае:интубация, искусственная вентиляция легких, бронхоскопия или аналогичные процедуры не должны подвергаться манипуляциям.

Эта маска предназначена для использования в местах общего пользования в течение максимум 8 часов с заменой нетканого фильтра один раз в день. После работы с активным фильтром следует вымыть руки и соблюдать меры предосторожности, рекомендованные органами здравоохранения.

Советы по очистке NanoMask следующие:

1. Стирка : Устройство следует мыть водой с мылом.
2. Промыть :После мытья следует хорошо промыть чистой водой.
3. Дезинфицировать :Оборудование должно быть продезинфицировано, чтобы инактивировать любые оставшиеся патогены. Для этого необходимо использовать химическую дезинфекцию, а не автоклав, так как PLActive не переносит 80 ºC и выше. Наиболее доступные химические и бактерицидные методы представлены ниже:
1. Метод 1. Алкоголь эффективен против вируса гриппа. Этиловый спирт (70%) является мощным бактерицидным средством широкого спектра действия и обычно считается более эффективным, чем изопропиловый спирт. Поскольку спирт легко воспламеняется, ограничьте его использование в качестве дезинфицирующего средства для поверхностей небольшими поверхностями и используйте только в хорошо проветриваемых помещениях.
2. Метод. Большинство бытовых отбеливателей содержат 5 % гипохлорита натрия (50 000 частей на миллион доступного хлора). Рекомендуемое разбавление :1:100 разведение 5% гипохлорита натрия является обычной рекомендацией. Используйте 1 часть отбеливателя на 99 частей холодной водопроводной воды (разведение 1:100) для дезинфекции поверхностей. При необходимости отрегулируйте соотношение отбеливателя и воды для достижения надлежащей концентрации гипохлорита натрия. Например, для отбеливающих препаратов, содержащих 2,5 % гипохлорита натрия, используйте в два раза больше отбеливателя (т. е. 2 части отбеливателя на 98 частей воды).
4. Промывание :При использовании химической дезинфекции промойте стерильной или чистой водой (т. е. водой, кипяченой в течение 5 минут и охлажденной). Для смывания остатков жидкого химического дезинфицирующего средства с респиратора, который был химически продезинфицирован для повторного использования, предпочтительнее использовать стерильную воду, поскольку водопроводная или дистиллированная вода могут содержать микроорганизмы, вызывающие пневмонию. Однако, если промывание стерильной водой невозможно, вместо этого промывайте водопроводной или фильтрованной водой (т. е. водой, пропущенной через фильтр 0,2 мкм). Рекомендуется дезинфекция погружением при времени контакта 30 минут.
5. Сушка оборудования :Следуйте предыдущему шагу, ополаскивая спиртом и высушивая принудительной подачей воздуха.
6. Магазин :Храните оборудование в сухом виде в закрытых упаковках.

НаноХак 2.2

Недавно Copper3D выпустила обновление для маски NanoHack 2.0; НаноХак 2.2.

Как и его предшественник, NanoHack 2.2 имеет моноблочную конструкцию. В этой новой версии он выполнен из трехслойных постоянных стенок без углов для усиления конструкции устройства. Кроме того, предлагается два варианта внутренней структуры фильтра:Вороного или Гироида.

Общее время печати NanoHack 2.2 составляет 4 1/2 часа.

СКАЧАТЬ STL

Изображение 9:Дизайн маски NanoHack 2.2. Источник:Медь 3D.

Маски NanoHack 2.0 и NanoHack 2.2 рассчитаны на лицо высотой 12 см, измеряемое от кончика подбородка до плоскости глаз (горизонтальная линия, проходящая прямо между глазами) и расстоянием между скулами (измеряется непосредственно на носу) также 12 см. Если ваше лицо больше или меньше этих размеров, рекомендуется изменить размер модели на 5 % или 10 %, чтобы она идеально подходила вашему лицу.