3D-printen: Innovatieve reactie op COVID-19 PBM-tekort

Gegeven de huidige noodsituatie door de verspreiding van het COVID-19 coronavirus, ontstaan er grote initiatieven en oplossingen uit solidariteit en innovatie, met name om het tekort aan medische apparatuur en persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) te verlichten.

Uit de 3D-print sector zijn er veel ingenieurs en materialenfabrikanten die, samen met medische specialisten, werken aan het ontwerpen van PBM-modellen (persoonlijke beschermingsmiddelen) die helpen de gezondheid van zorgverleners te behouden en hun werk te vergemakkelijken, evenals in de ontwikkeling van verschillende prototypes zoals kleppen, connectoren van respiratoren of geassisteerde respiratoren en andere apparaten die helpen het tekort aan medische apparatuur te verlichten.

Daarnaast hebben veel makersgemeenschappen hun 3D-printers gestart om deze apparaten te fabriceren. In Spanje is de Coronavirus Makers-initiatief ontstaan, een non-profit platform met duizenden vrijwilligers. Vergelijkbare initiatieven zijn te vinden in landen zoals Duitsland, Italië, Chili, Argentinië of Colombia.

Hieronder compileren we diverse ontwerpen van beschermingsapparatuur en medische hulpmiddelen die gratis ter beschikking zijn gesteld door verschillende bedrijven en verenigingen, en die in STL-formaat gedownload en geprint kunnen worden op praktisch elke FDM-printer.

Er moet rekening gehouden worden met het feit dat sommige van de modellen niet gehomologeerd of goedgekeurd zijn door de corresponderende gezondheidsautoriteiten en dat, afhankelijk van elk gebied of land, de productievereisten om deze homologatie te bereiken kunnen variëren.

Gezichtsmaskers

Zowel op 3D-print-piatformen als op diverse pagina's van bedrijven in de 3D-sector, worden verschillende maskermodellen gedeeld voor 3D-printen op elk type 3D FDM-printer.

Het moet benadrukt worden dat deze maskers, behalve dat ze de benodigde filters hebben, alleen dienen als een fysieke barrière tegen het virus, naast het helpen om het niet te verspreiden in het geval van besmetting.

Een paar dagen geleden deelden we het ontwerp van de Nanohack-mas ontwikkeld door het Copper3D team en die onlangs de update van het ontwerp van die mas deelde: NanoHack 2.0, met een monoblokstructuur, stevig en hermettisch, die moet worden gefabriceerd met PLActive en MDFlex antibacteriële filamenten om maximale bescherming tegen de externe omgeving te bieden.

PLActive is een herbruikbaar en biocompatibel polymer dat een koperen nanocomposiet bevat dat antimicrobiële eigenschappen heeft getoond.

Dankzij zijn ontwerp is NanoHack 2.0 een apparaat dat bescherming biedt tegen deeltjes in de lucht en de verspreiding van vloeistoffen die de luchtwegen besmetten voorkomt. NanoHack gebruikt hetzelfde materiaal dat in chirurgische maskers wordt gebruikt (niet-geweven polypropyleen) als filtersysteem. Voor optimale bescherming wordt aanbevolen een driedubbele laag niet-geweven polypropyleen filter te gebruiken. Dit filter wordt in de mas ingesloten. Volgens diverse studies wordt zo een filterefficiëntie van 96,4% bereikt voor micro-organismen van 1 micron en 89,5% voor micro-organismen van 0,02 micron.

Meer info

STL downloaden

Gezichtsschermen

Er zijn talloze modellen van schermen en gezichtsschermen op het internet te vinden. Prusa heeft verschillende prototypes ontwikkeld, die geverifieerd zijn met het Tsjechische Ministerie van Gezondheid. Uiteindelijk hebben ze twee schermversies gepresenteerd: RC1 en RC2.

Dit schermontwerp bestaat uit een starre structuur met een flexibel en transparant acetaat plasticblad. De starre structuur wordt 3D-geprint en het plastic acetaatblad wordt vervolgens als scherm aangepast. De RC1-versie stelt meer onderdelen in hetzelfde printproces te printen, terwijl de RC2-versie iets hogere bescherming biedt en comfortabeler te dragen is.

Als scherm gebruikt het prototype een 0,5 mm dik PETG-blad, hoewel andere transparante en flexibele materialen met een vergelijkbare dikte gebruikt kunnen worden, zoals heldere acetaatbladen.

Meer info

STL downloaden van Prusa

3D-printen met PETG met 30% vulling wordt aanbevolen, hoewel andere materialen zoals PLA of ABS gebruikt kunnen worden. Om ze aan gezondheidscentra te leveren, is het essentieel om ze te steriliseren door een waterbad met javel (verhouding 50:1) toe te passen en ze daarna met water af te spoelen. Op deze manier dragen ze niet het risico van mogelijke indirecte transmissies voor gezondheidspersoneel.

Respiratoren en kleppen

Gegeven het tekort aan zelfstandige respiratoren, ontwikkelen verschillende groepen ingenieurs, in samenwerking met verschillende instanties en gezondheidspersoneel, prototypes en produceren de verschillende onderdelen die ze samenstellen met 3D-printen.

Dit is het geval van het Consortium van de Vrije Haven van Barcelona dat, samen met HP, Leitat en SEAT, een prototype van een respirator met 3D-printen heeft ontwikkeld om de onderdelen te fabriceren en gebruikmakend van elementen zoals een motortje van een auto's ruitenwisser. Dit apparaat is gedoopt OxyGEN en is al gevalideerd door experts van het Parc Taulí-ziekenhuis in Sabadell. Een van de voordelen van dit apparaat is dat de productie schaalbaar is.

Een andere mogelijke oplossing is het gebruik van adapters die toestaan dat dezelfde respirator voor meerdere patiënten gebruikt wordt, zoals de "H"-connector die Copper3D heeft ontwikkeld. Een ontwerp dat dode ruimte minimaliseert en mogelijke lekkage van lucht door onnodige verbindingen voorkomt. Copper3D adviseert 3D-printen van dit apparaat met PLActive, omwille van de antibacteriële eigenschappen en biocompatibiliteit.

Meer informatie

STL downloaden

In verschillende ziekenhuizen ontbreekt het aan enkele belangrijke elementen met betrekking tot respiratoren en die nodig zijn bij het behandelen van een patiënt met respiratoire complicaties. Dit is het geval van de Venturi-klep, gebruikt om de zuurstofconcentratie te regelen die via de respirator aan de patiënt wordt toegediend.

Er zijn verschillende ontwerpen beschikbaar voor gebruikers, zoals deze van het Cults-platform.

STL downloaden van Cults

Overige apparaten

Naast PBM en specifieke apparaten voor de behandeling van patiënten getroffen door COVID-19, worden verschillende tools ontwikkeld om besmetting door indirect contact te vermijden waaraan iedereen in zijn dagelijkse activiteit blootstaat (deur- en raamhandvaten, liftknoppen, etc.).

De StopCovid-19 ring is een makkelijk te printen ring, ontworpen om schakelaars en knoppen in te drukken zonder ze fysiek aan te raken.

STL downloaden van Cults

Bedrijven zoals Materialise hebben een apparaat ontwikkeld voor het bevestigen aan deurhandvaten, zodat ze geopend kunnen worden zonder handen te gebruiken. Verschillende versies van deze tool, aangepast aan verschillende handvatformaten (cilindrisch, rechthoekig, circulair, etc.) kunnen gratis van hun website gedownload worden.

STL downloaden van Materialise

De nut van de vorige twee combineren, is er LU-Touch: Een tool voor het openen en sluiten van deuren en ramen, en tegelijkertijd een knopindrukker voor knoppen en schakelaars. LU-Touch kan gratis gedownload en geprint worden op elke 3D FDM-printer. Bovendien, als u geen 3D-printer heeft, kan het al geprint worden aangeschaft.

STL downloaden van Thingiverse

Dankzij het gebruik van deze tools is het mogelijk de mogelijkheid van besmetting door indirecte contacten in de dagelijkse activiteit te minimaliseren. Voor meer veiligheid is het noodzakelijk de tools altijd na gebruik te desinfecteren. Het moet ook onthouden worden dat het gebruik van dit type tool niet vrijstelt van het toepassen van de aanbevolen veiligheidsregels: regelmatig handen wassen, niet uw gezicht aanraken, etc.

Specifieke materialen

Onder de specifieke materialen voor het fabriceren van persoonlijke beschermingsmiddelen, benadrukken we PLActive en MDFlex om hun antimicrobiële en antivirale kwaliteiten. Dit materiaal wordt ook aanbevolen voor het printen van uitbreidingsapparaten en kleppen aangepast aan zelfstandige respiratoren.

Gemeenschappelijke materialen

Voor de fabricatie van schermen of kleppen die, door hun gebruik, niet samengesteld hoeven te zijn uit biocompatibele of antibacteriële materialen, kunnen basismaterialen gebruikt worden in 3D FDM-printen, zoals PLA of PETG; aangezien deze elementen geen specifieke eigenschappen vereisen, hoewel het waar is dat ze enige rigiditeit vereisen en het niet aanbevolen is om flexibele materialen zoals Flexfill of FilaFlex te gebruiken.

Met deze gratis downloadbare bestanden kan elke gebruiker met een FDM 3D-printer en een van de bovengenoemde materialen hun steentje bijdragen om de pandemie en de alarmierende situatie die we momenteel beleven te helpen stoppen.