Een beschermingsmasker 3D-printen: Stapsgewijze handleiding

In de huidige situatie, waarin we te maken hebben met een mondiale pandemie door de verspreiding van het coronavirus COVID-19, geloven we dat elke bijdrage en hulp die uit elk veld kan worden geleverd, van uiterste belang kan zijn, en er ontstaan heel interessante initiatieven vanuit de 3D-printsector die we relevant achten om te verspreiden.

De laatste dagen zijn berichten over het tekort aan maskers, een basis beschermingsmiddel, met name voor gezondheidsprofessionals, maar ook voor andere mensen die meer blootgesteld kunnen zijn aan het virus door hun werk of andere omstandigheden, frequent.

Om die reden heeft het team van Copper3D, fabrikant van het antibacteriële PLActive-filament, het ontwerp van een masker gedeeld dat geldig is voor fabricatie op praktisch elke 3D FDM-printer en wiens STL-bestand gratis beschikbaar is voor download:

STL DOWNLOADEN

Afbeelding 1: NanoHack masker ontwerp. Bron: 3D Copper.

Dit masker heeft de volgende kenmerken:

• Antimicrobieel en antviraal, door vervaardiging met PLActive, een innovatieve nanocomposiet ontwikkeld met een hoogwaardige PLA en een gepatenteerd, wetenschappelijk gevalideerd en hoog effectief nano-koperadditief.
• Herbruikbaar: Het verhoogde gebruik van eenmalige chirurgische maskers en respiratoren zal een nadelig effect op het milieu hebben. Om dit nadelige effect op het ecosysteem te vermijden, is het gebruik van PLActive-filament voor printen het consumeren van een herbruikbaar materiaal.
• Vlak patroon, om de productie op grote schaal en in praktisch elke 3D FDM-printer te vergemakkelijken.
• Modulair filtersysteem: Het masker bevat een innovatief modulaire filtersysteem voor fijn deeltjes gemaakt van een materiaal dat bewezen koperen nanocomposieten gebruikt om virussen te deactiveren. Dit filtersysteem omvat verschillende lagen met verschillende geometrieën om effectieve filtratie van fijn deeltjes te bieden. Bovendien kan het derde-partij filtermaterialen accomoderen zoals niet-geweven propyleen, sponsen of textiel.
• Thermoformmogelijkheden bij 55–60 °C, wat het mogelijk maakt de juiste vorm van de anatomie van elk gezicht te geven door simpelweg een haardroger of warm water te gebruiken.
• Filtratiecontrole en luchtaanvoer. Langdurig gebruik van respiratoren is bewijzen de longcapaciteit te verminderen. Deze eenmalige respiratoren laten geen regulatie van luchtaanvoer of deeltjesgrootte toe. Dit masker bevat een modulaire filterschijf die effectief luchtaanvoer en deeltjesgrootte kan reguleren. Dit systeem kan gecustomiseerd worden door gebruik te maken van niet-geweven filtratiepropyleen, kleding, sponsen en verschillende textiel om het filtratieniveau te verlagen.

3D-printen en samenstellen van het masker is heel simpel, maar het is belangrijk de volgende instructies te volgen voor veilig gebruik:

1. Print de onderdelen met 20% vulling, zonder ondersteuning of rafts. Elk masker verbruikt ongeveer 40 gram filament, dus met een spoel van 750 gram PLActive kunnen 17-18 maskers geprint worden.
2. Verhit het masker tot 55–60 °C met een haardroger of heet water. Het cirkelvormige deel moet intact blijven, daarom is het dikker om vervorming te voorkomen.
3. Bij verzachting, breng de neusvleugels en afstelvleugels aan de onderkaak bij elkaar.
4. Verhit opnieuw en plaats het op het gezicht om het volledig aan elk gezicht aan te passen.
5. Plaats één of twee extra filters. Als u een filter gebruikt, kunt u een cirkelvormig stuk (enkel of dubbel) van een conventioneel niet-geweven propyleen masker (A) gebruiken of een katoenen make-up verwijderingspad (B) toevoegen, ze goed passend in het raam van het filtersysteem. Filtratie en luchtstroom kunnen geregeld worden met combinaties van deze elementen.
6. Voeg de elastieken voor bevestiging toe.

Afbeelding 2: NanoHack montage-instructies. Bron: Copper 3D.

Een andere optie zou zijn om het flexibele antibacteriële MD¹ Flex-filament te gebruiken, ook gefabriceerd door Copper3D, wat, doordat het flexibel is, het geprint masker niet hoeft te worden verhit voor aanpassing.

Aan de andere kant moet rekening gehouden worden met het feit dat deze maskers, hoewel ze effectief zijn, bepaalde beperkingen hebben, zoals een korte levenscyclus (ongeveer 8 uur). Respiratoire virussen, specifiek SARS-CoV-2 (COVID-19), kunnen tot 72 uur op verschillende oppervlakken leven, omdat aan het einde van de dag we een hoge virale/bacteriële lading hebben gevangen op enkele millimeters van onze neus en mond, wat ons verder blootstelt aan deze gevaarlijke microben.

Ten slotte willen we het NanoHack-project en zijn team van wetenschappers en industriële ontwerpers uit de Verenigde Staten en Chili bedanken voor het ter beschikking stellen van de beschrijving en de plannen van hun octrooi.

UPDATE (20 maart): Copper3D heeft een communicatie gepubliceerd om twijfels over de certificeringen en gebruik van Nanohack op te lossen. Publicatie bekijken

UPDATE (21 maart): Nieuwe communicatie van Copper3D, waarin staat dat de filterefficiëntie van Nanohack 96,4% is voor 1 micron micro-organismen en 89,5% voor 0,02 micron micro-organismen. Daarnaast worden de specificaties en configuraties voor de correcte print van Nanohack in praktisch elke 3D FDM-printer gedetailleerd. Publicatie bekijken

NanoHack 2.0

Onlangs heeft het Copper3D-team een nieuw maskerontwerp gedeeld: NanoHack 2.0.

In tegenstelling tot andere concepten, bestaat NanoHack 2.0 uit een stevige en hermettische monoblokstructuur, die 3D-geprint moet worden met PLActive om maximale bescherming tegen de externe omgeving te bieden. Om het masker waterdicht te maken, wordt de frame verzegeld met een 3D-geprinte rand met MDFlex, een antimicrobiele TPU.

STL DOWNLOADEN

Afbeelding 3: NanoHack 2.0 masker ontwerp. Bron: Copper 3D.

Technische overwegingen

NanoHack-masker is een apparaat geschapen met het doel om bescherming te bieden tegen deeltjes in de lucht en de verspreiding van vloeistoffen die de luchtwegen besmetten te voorkomen.

Door studies over de effectiviteit van zelfgemaakte maskers, is gedetecteerd dat de NanoHack-filtermaterialen (niet-geweven polypropyleen, hetzelfde materiaal dat in chirurgische maskers gebruikt wordt), een filterefficiëntie van 96,4% bereiken voor micro-organismen van 1 micron en 89,5% voor micro-organismen van 0,02 micron.

Volgens een studie van de Amerikaanse FDA, staat het ontwerp van gewone chirurgische maskers geen volledige bescherming tegen bacterieën en andere verontreinigingen toe vanwege hun losse pasvorm. Bovendien zijn chirurgische maskers eenmalige apparaten die veilig moeten worden afgedaan. De gezondheidsautoriteiten adviseren deze items in een plastic zak te plaatsen en weg te gooien; evenals handen te wassen na het hanteren van het gebruikte masker. Eerder gepubliceerd onderzoek heeft aangegeven dat de hoge virale lading die overblijft in chirurgische maskers en respiratoren een bron van virale transmissie kan zijn voor zowel de maskerdrager als respiratoren en voor anderen. Dit kan gebeuren wanneer gezondheidspersoneel uw masker aanraakt en daarna hun handen niet wassen of wanneer ze het masker afvoeren zonder de juiste voorzorgsmaatregelen. Bovendien verhogen pathogenen die door chirurgische respiratoren in patiënten in de operatiekamer worden genegeerd, het risico op nosocomiale infecties (infecties opgelopen tijdens een ziekenhuisverblijf). Om al deze redenen gebruikt het NanoHack-masker een herbruikbaar en biocompatibel polymer dat een koperen nanocomposiet bevat dat antimicrobiële eigenschappen heeft getoond: PLActive.

Over de antimicrobiële activiteit van koper, kunt u vertellen dat het de replicatie- en verspreidingscapaciteiten van SARS-CoV, Influenza en andere respiratoire virussen inhibit. Dit komt doordat ze een hoog antimicrobieel potentieel hebben (antviraal en antibacterieel).

Afbeelding 4: Koper antivirale activiteit. Bron: Copper 3D.

Zoals koper virussen zoals SARS-CoV, Influenza-virus, H1N1 kan inactiveren, en gevaarlijke bacteriën zoals Staphylococcus aureus, Escherichia coli of Listeria onder andere na een korte blootstellingsperiode kan elimineren. PLActive en MDflex filamenten van de fabrikant Copper3D zijn een effectieve en laagkost complementaire strategie om de transmissie van diverse infectieuze ziekten te helpen verminderen door nosocomiale infectieuze transmissie te beperken. NanoHack is ontworpen als een antimicrobiel gezichtsmasker geschikt voor 3D-printen in FDM en gefabriceerd met actieve materialen. Voor de montage moeten actieve niet-geweven polypropyleen filters (3 lagen) gebruikt worden om additionele bescherming tegen micro-organismen te verkrijgen.

Volgens de studie van Borkow G. (Neutraliseren van virussen in suspensies met koperoxide-gebaseerde filters. Antimicrobiële middelen en chemotherapie), is een niet-geweven stoffenfilter geïmpregneerd met koperoxide in staat om virussen van verschillende typen te filteren, inclusief respiratoire virussen.

Afbeelding 5: Ontwerp van NanoHack 2.0 maskerfilters. Bron: Copper 3D.

Voor optimale bescherming tegen de omgeving, wordt aanbevolen de driedubbele laag niet-geweven polypropyleen filter met koperen nanocomposieten ontwikkeld door The Copper Company te gebruiken.

Afbeelding 6: Tabel van virale lading reductie met filters met koperdeeltjes. Bron: Copper 3D.

Afbeelding 7: Raster-elektronenmicroscoop afbeeldingen van polypropyleen vezels geïmpregneerd met koperoxide. Bron: Copper 3D.

In het geval van geen toegang tot dit type filter, analyseert een studie van Anna Davies de efficiëntie van filters van verschillende materialen zoals stofzuigerfilters en vezels zoals katoen of zijde:

Afbeelding 8: Tabel van effectiviteit van verschillende materialen als filter. Bron: Copper 3D.

Aanbevelingen voor gebruik

Het doel van NanoMask 2.0 is om de bevolking bescherming te bieden tegen deeltjes in de lucht en de verspreiding van vloeistofaerosolen die de luchtwegen kunnen besmetten te voorkomen. Let op dat het geen N95-masker is. Het is een gezichtsmasker en mag niet worden beschouwd als een goedgekeurd PBM.

Met betrekking tot gezondheidsprofessionals, moet dit apparaat als laatste redmiddel worden gebruikt: Intubaties, mechanische ventilatie, of bronchoscopies of vergelijkbare procedures mogen niet worden gemanipuleerd.

Dit masker is ontworpen om in gemeenschappelijke ruimtes te worden gebruikt, maximaal 8 uur, en het niet-geweven filter een keer per dag te vervangen. Na het hanteren van het actieve filter, moet u uw handen wassen en de voorzorgsmaatregelen volgen die door de gezondheidsautoriteiten worden aanbevolen.

De reinigingstips voor NanoMask zijn als volgt:

1. Wassen: Het apparaat moet met zeep en water gewassen worden.
2. Afspoelen: Eenmaal gewassen, moet het goed met schoon water afgespoeld worden.
3. Desinfecteren: Apparatuur moet gedesinfecteerd worden om eventuele overgebleven pathogenen te inactiveren. Hiervoor moet chemische desinfectie worden gebruikt, geen autoclave, aangezien PLActive 80 °C of meer niet verdraagt. De meest toegankelijke chemische en germiciden methoden worden hieronder getoond:
1. Methode 1: Alcohol is effectief tegen het influenzavirus. Ethylalcohol (70%) is een krachtig breed-spectrum germicide en wordt over het algemeen als superieur beschouwd ten opzichte van isopropylalcohol. Aangezien alcohol brandbaar is, beperk het gebruik als oppervlaktedesinfectant tot kleine oppervlakken en gebruik alleen in goed geventileerde ruimtes.
2. Methode: De meeste huishoudelijke javeloplossingen bevatten 5% natriumhypochloriet (50.000 delen per miljoen beschikbaar chloor). Aanbevolen verdunning: 1:100 verdunning van 5% natriumhypochloriet is de gebruikelijke aanbeveling. Gebruik 1 deel javel tot 99 delen koud kraanwater (1:100 verdunning) om oppervlakken te desinfecteren. Pas de verhouding javel tot water aan zoals nodig om de juiste concentratie natriumhypochloriet te bereiken. Bijvoorbeeld, voor javelpreparaten met 2,5% natriumhypochloriet, gebruik tweemaal zoveel javel (d.w.z. 2 delen javel tot 98 delen water).
4. Afspoelen: Bij chemische desinfectie, afspoelen met steriel of schoon water (d.w.z. water 5 minuten gekookt en afgekoeld). Steriel water wordt voorgezogen voor het afspoelen van residuele vloeibare chemische desinfectiemiddelen van een respiratoir apparaat dat chemisch gedesinfecteerd is voor hergebruik, omdat kraan- of gedestilleerd water micro-organismen kan bevatten die pneumonie kunnen veroorzaken. Wanneer afspoelen met steriel water niet haalbaar is, in plaats daarvan afspoelen met kraanwater of gefilterd water (d.w.z. water door een 0,2 μ filter geleid). Desinfectie door onderdompeling wordt aanbevolen met een contacttijd van 30 minuten.
5. Drogen apparatuur: Volg de vorige stap door een alcoholafspoeling en geforceerde-luchtdroging.
6. Bewaren: Bewaar apparatuur droog in gesloten verpakkingen.

NanoHack 2.2

Copper3D heeft onlangs een update van het NanoHack 2.0-masker uitgebracht: de NanoHack 2.2.

Net als zijn voorganger, bestaat de NanoHack 2.2 uit een monoblokstructuur. In deze nieuwe versie is het gemaakt van 3 lagen constante wanden zonder hoeken om de structuur van het apparaat te versterken. Bovendien worden twee opties aangeboden voor de interne filterstructuur: Voronoi of Gyroid.

Totale printtijd voor NanoHack 2.2 is 4,5 uur.

STL DOWNLOADEN

Afbeelding 9: NanoHack 2.2 masker ontwerp. Bron: Copper 3D.

NanoHack 2.0 en NanoHack 2.2 maskers zijn ontworpen om te passen op een gezicht van 12 cm hoog, gemeten van de punt van de kin tot het oogvlak (een horizontale lijn die net tussen de ogen passeert) en een afstand tussen de wangenknochen (gemeten direct op de neus) ook 12 cm. Als uw gezicht kleiner of groter is dan deze maten, wordt voorgesteld het model met 5% of 10% te schalen om perfect op uw gezicht te passen.