Wie erstelle ich eine Maske mit 3D-Druck

In der aktuellen Situation, in der wir aufgrund der Ausbreitung des Coronavirus COVID-19 mit einer globalen Pandemie konfrontiert sind, glauben wir, dass jeder Beitrag und jede Hilfe, die aus allen Bereichen geleistet werden kann, äußerst wichtig sein kann und sehr interessante Initiativen entstehen aus dem 3D-Drucksektor, von denen wir glauben, dass sie für die Verbreitung relevant sind.

In den letzten Tagen gab es häufig Nachrichten über den Mangel an Masken, einer grundlegenden Schutzausrüstung, insbesondere für Angehörige der Gesundheitsberufe, aber auch für andere Personen, die aufgrund ihrer Arbeit oder anderer Umstände möglicherweise stärker dem Virus ausgesetzt sind.

Aus diesem Grund hat das Team von Copper3D, Hersteller des antibakteriellen PLActive-Filaments, das Design einer Maske geteilt, die für die Herstellung auf praktisch jedem 3D-FDM-Drucker gültig ist und deren STL-Datei kostenlos und kostenlos heruntergeladen werden kann:

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Bild 1:NanoHack-Maskendesign. Quelle:3D Copper.

Diese Maske hat die folgenden Eigenschaften:

• Antimikrobiell und antiviral , hergestellt mit PLActive, einem innovativen Nanokomposit, das mit einem hochwertigen PLA und einem patentierten, wissenschaftlich validierten und hochwirksamen Nano-Kupfer-Additiv entwickelt wurde.
• Recycelbar :Die vermehrte Verwendung von chirurgischen Einwegmasken und Atemschutzgeräten wirkt sich nachteilig auf die Umwelt aus. Um diese nachteiligen Auswirkungen auf das Ökosystem zu vermeiden, verbraucht die Verwendung des PLActive-Filaments zum Drucken recycelbares Material.
• Flaches Muster , um seine Herstellung massiv und in praktisch jedem 3D-FDM-Drucker zu erleichtern.
• Modulares Filtersystem :Die Maske enthält ein neuartiges modulares Filtersystem für feine Partikel aus einem Material, das bewährte Kupfer-Nanokomposite verwendet, um Viren zu deaktivieren. Dieses Filtersystem umfasst mehrere Schichten mit unterschiedlichen Geometrien, um eine effektive Filterung feiner Partikel zu gewährleisten. Darüber hinaus kann es Filtermaterialien von Drittanbietern wie Propylenvlies, Schwämme oder Textilien aufnehmen.
• Thermoformfähigkeiten bei 55 - 60 ºC, wodurch die richtige Form der Anatomie jedes Gesichts einfach mit einem Föhn oder warmem Wasser erreicht werden kann.
• Filtrationskontrolle und Lufteinlass . Es hat sich gezeigt, dass die längere Verwendung von Atemschutzgeräten die Lungenkapazität verringert. Diese Einweg-Atemschutzgeräte erlauben keine Regulierung des Lufteinlasses oder der Partikelgröße. Diese Maske enthält eine modulare Filterscheibe, die den Lufteinlass und die Partikelgröße effektiv regulieren kann. Dieses System kann individuell angepasst werden, indem Vliesfilterpropylen, Kleidung, Schwämme und verschiedene Textilien verwendet werden, um den Filtrationsgrad zu verringern.

Der 3D-Druck und die Montage der Maske ist sehr einfach, aber es ist wichtig, die folgenden Anweisungen für eine sichere Verwendung zu befolgen:

1. Drucken Sie die Teile mit 20 % Füllung, ohne Unterstützung oder Rafts. Jede Maske verbraucht etwa 40 Gramm Filament, sodass mit einer Spule von 750 Gramm PLActive 17-18-Masken gedruckt werden können.
2. Erhitzen Sie die Maske mit einem Föhn oder heißem Wasser auf 55 - 60 °C. Der kreisförmige Teil muss intakt sein, deshalb ist er dicker, um Verformungen zu vermeiden.
3. Führen Sie beim Erweichen die Nasenflügel und die Einstellflügel am Unterkiefer zusammen.
4. Erneut erhitzen und auf das Gesicht legen, um es vollständig an jedes Gesicht anzupassen.
5. Geben Sie einen oder zwei zusätzliche Filter ein. Wenn Sie einen Filter verwenden, können Sie ein kreisförmiges Stück (einzeln oder doppelt) einer herkömmlichen nicht gewebten Propylenmaske (A) verwenden oder ein Abschminkpad aus Baumwolle (B) hinzufügen, das gut auf das Fenster des Filtersystems passt. Filterung und Luftstrom können mit Kombinationen dieser Elemente reguliert werden.
6. Fügen Sie die Gummibänder zum Befestigen hinzu.

Bild 2:NanoHack-Montageanleitung. Quelle:Copper 3D.

Eine weitere Option wäre die Verwendung des flexiblen antibakteriellen MD ¹ Flex-Filament, ebenfalls hergestellt von Copper3D, das flexibel ist und die gedruckte Maske zur Anpassung nicht erhitzt werden muss.

Andererseits muss berücksichtigt werden, dass diese Masken zwar wirksam sind, aber gewisse Einschränkungen haben, wie z. B. eine kurze Lebensdauer (ca. 8 Stunden). Atemwegsviren, insbesondere SARS-Cov-2 (COVID-19), können auf verschiedenen Oberflächen bis zu 72 Stunden überleben, da wir am Ende des Tages nur wenige Millimeter von Nase und Mund entfernt eine hohe Virus- / Bakterienlast hätten , wodurch wir uns diesen gefährlichen Mikroben weiter aussetzen.

Abschließend möchten wir dem NanoHack-Projekt und seinem Team aus Wissenschaftlern und Industriedesignern aus den Vereinigten Staaten und Chile dafür danken, dass sie der Gesellschaft die Beschreibung und die Pläne ihres Patents zur Verfügung gestellt haben.

UPDATE (20. März) :Copper3D hat eine Mitteilung veröffentlicht, um Zweifel an den Zertifizierungen und Verwendungen von Nanohack auszuräumen. Veröffentlichung ansehen

UPDATE (21. März) :Neue Mitteilung von Copper3D, in der angegeben wird, dass die Filtrationseffizienz von Nanohack 96,4 % für 1-Mikrometer-Mikroorganismen und 89,5 % für 0,02-Mikrometer-Mikroorganismen beträgt. Darüber hinaus werden die Spezifikationen und Konfigurationen für den korrekten Druck von Nanohack in praktisch jedem 3D-FDM-Drucker beschrieben. Veröffentlichung ansehen

NanoHack 2.0

Kürzlich hat das Copper3D-Team ein neues Maskendesign veröffentlicht:NanoHack 2.0.

Im Gegensatz zu anderen Konzepten besteht NanoHack 2.0 aus einer starken und hermetischen Monoblockstruktur, die mit PLActive 3D-gedruckt werden muss, um maximalen Schutz gegen die äußere Umgebung zu bieten. Um die Maske wasserdicht zu machen, wird der Rahmen mit einem 3D-gedruckten Rand mit MDFlex, einem antimikrobiellen TPU, versiegelt.

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Bild 3:NanoHack 2.0-Maskendesign. Quelle:Copper 3D.

Technische Überlegungen

Die NanoHack-Maske ist ein Gerät, das mit dem Ziel entwickelt wurde, Schutz vor Partikeln in der Luft zu bieten und die Ausbreitung von Flüssigkeiten zu verhindern, die die Atemwege kontaminieren.

Durch Studien zur Wirksamkeit von selbst hergestellten Masken wurde festgestellt, dass die NanoHack-Filtermaterialien (Vliesstoff aus Polypropylen, das gleiche Material, das in chirurgischen Masken verwendet wird) eine Filtrationseffizienz von 96,4 % für Mikroorganismen von 1 Mikron und 89,5 % erreichen. für Mikroorganismen von 0,02 Mikron.

Laut einer Studie der US-amerikanischen FDA ermöglicht das Design gängiger OP-Masken aufgrund ihrer lockeren Passform keinen vollständigen Schutz vor Keimen und anderen Verunreinigungen. Darüber hinaus sind chirurgische Masken Einwegprodukte, die sicher entsorgt werden müssen. Die Gesundheitsbehörden empfehlen, diese Gegenstände in eine Plastiktüte zu packen und zu entsorgen; sowie das Händewaschen nach dem Umgang mit der gebrauchten Maske. Zuvor veröffentlichte Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die hohe Viruslast, die in chirurgischen Masken und Atemschutzgeräten verbleibt, eine Quelle der Virusübertragung sowohl für die Person, die eine Maske und Atemschutzgeräte trägt, als auch für andere sein kann. Dies kann passieren, wenn Toiletten Ihre Maske berühren und sich dann nicht die Hände waschen oder wenn sie die Maske ohne angemessene Entsorgungsmaßnahmen entsorgen. Zudem erhöhen Erreger, die von chirurgischen Beatmungsgeräten bei Patienten im Operationssaal vernachlässigt werden, das Risiko für nosokomiale Infektionen (während eines Krankenhausaufenthalts erworbene Infektionen). Aus all diesen Gründen verwendet die NanoHack-Maske ein recycelbares und biokompatibles Polymer, das ein Kupfer-Nanokomposit enthält, das antimikrobielle Eigenschaften gezeigt hat:PLActive.

Über die antimikrobielle Aktivität von Kupfer können Sie erkennen, was die Replikation und Ausbreitungsfähigkeit von SARS-CoV, Influenza und anderen Atemwegsviren hemmt. Denn sie haben ein hohes antimikrobielles Potenzial (antiviral und antibakteriell).

Bild 4:Antivirale Aktivität von Kupfer. Quelle:Copper 3D.

So kann Kupfer nach kurzer Einwirkzeit Viren wie SARS-CoV, Influenzavirus, H1N1 inaktivieren und gefährliche Bakterien wie unter anderem Staphylococcus aureus, Escherichia coli oder Listerien eliminieren. PLActive und MDflex Filamente vom Hersteller Copper3D sein. eine effektive und kostengünstige ergänzende Strategie zur Verringerung der Übertragung verschiedener Infektionskrankheiten durch Begrenzung der nosokomialen Infektionsübertragung.
NanoHack wurde als antimikrobielle Gesichtsmaske konzipiert, die für den 3D-Druck in FDM geeignet ist und mit aktiven Materialien hergestellt wird. Für seine Befestigung müssen aktive Polypropylen-Vliesfilter (3 Schichten) verwendet werden, um einen zusätzlichen Schutz gegen Mikroorganismen zu erhalten.

Laut der Studie von Borkow G. (Neutralisierung von Viren in Suspensionen mit Kupferoxid-basierten Filtern. Antimikrobielle Mittel und Chemotherapie) ist ein mit Kupferoxid imprägnierter Vliesstofffilter in der Lage, Virenfilter verschiedener Art zu erzeugen, einschließlich Atemwegsviren.

Bild 5:Design von NanoHack 2.0-Maskenfiltern. Quelle:Copper 3D.

Für einen optimalen Schutz vor der Umwelt wird empfohlen, den von The Copper Company entwickelten dreischichtigen Polypropylen-Vliesfilter mit Kupfer-Nanokompositen zu verwenden.

Bild 6:Tabelle zur Reduzierung der Viruslast mit Filtern mit Kupferpartikeln. Quelle:Copper 3D.

Bild 7:Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen von mit Kupferoxid imprägnierten Polypropylenfasern. Quelle:Copper 3D.

Falls Sie keinen Zugang zu dieser Art von Filter haben, analysiert eine Studie von Anna Davies die Effizienz von Filtern aus verschiedenen Materialien wie Vakuumfiltern und Fasern wie Baumwolle oder Seide:

Bild 8:Wirksamkeitstabelle verschiedener Materialien als Filter. Quelle:Copper 3D.

Empfehlungen für die Verwendung

Ziel der NanoMask 2.0 ist es, der Bevölkerung Schutz vor Partikeln in der Luft zu bieten und die Ausbreitung von flüssigen Aerosolen, die die Atemwege kontaminieren könnten, zu vermeiden. Bitte beachten Sie, dass es sich nicht um eine N95-Maske handelt. Es ist eine Gesichtsmaske und sollte nicht als zugelassene PSA betrachtet werden.

In Bezug auf Angehörige der Gesundheitsberufe sollte dieses Gerät als letzter Ausweg verwendet werden:Intubationen, mechanische Beatmung oder Bronchoskopien oder ähnliche Verfahren sollten nicht manipuliert werden.

Diese Maske ist für die Verwendung in Gemeinschaftsräumen für maximal 8 Stunden und den einmal täglichen Wechsel des Vliesfilters ausgelegt. Nach der Handhabung des aktiven Filters sollten Sie Ihre Hände waschen und die von den Gesundheitsbehörden empfohlenen Vorsichtsmaßnahmen befolgen.

Die Reinigungstipps für NanoMask lauten wie folgt:

1. Waschen : Das Gerät sollte mit Wasser und Seife gewaschen werden.
2. Spülen :Nach dem Waschen sollte es gut mit klarem Wasser gespült werden.
3. Desinfizieren :Geräte müssen desinfiziert werden, um verbleibende Krankheitserreger zu inaktivieren. Dazu muss eine chemische Desinfektion verwendet werden, kein Autoklav, da PLActive 80 ºC oder mehr nicht verträgt. Die am besten zugänglichen chemischen und keimtötenden Methoden sind unten aufgeführt:
1. Methode 1:Alkohol wirkt gegen das Influenzavirus. Ethylalkohol (70 %) ist ein starkes Breitbandkeimtötungsmittel und wird im Allgemeinen als überlegen gegenüber Isopropylalkohol angesehen. Da Alkohol brennbar ist, beschränken Sie seine Verwendung als Flächendesinfektionsmittel auf kleine Oberflächen und verwenden Sie es nur in gut belüfteten Räumen.
2. Methode:Die meisten Haushaltsbleichlösungen enthalten 5 % Natriumhypochlorit (50.000 ppm verfügbares Chlor). Empfohlene Verdünnung :1:100 Verdünnung von 5% Natriumhypochlorit ist die übliche Empfehlung. Verwenden Sie 1 Teil Bleichmittel auf 99 Teile kaltes Leitungswasser (Verdünnung 1:100), um Oberflächen zu desinfizieren. Passen Sie das Verhältnis von Bleichmittel zu Wasser nach Bedarf an, um die richtige Konzentration von Natriumhypochlorit zu erreichen. Verwenden Sie beispielsweise für Bleichzubereitungen mit 2,5 % Natriumhypochlorit die doppelte Menge Bleichmittel (d. h. 2 Teile Bleichmittel auf 98 Teile Wasser).
4. Spülung : Wenn Sie eine chemische Desinfektion verwenden, spülen Sie mit sterilem oder sauberem Wasser (d. h. Wasser, das 5 Minuten lang gekocht und abgekühlt wird). Steriles Wasser wird zum Abspülen von flüssigem chemischem Desinfektionsmittelrückstand von einem Beatmungsgerät bevorzugt, das zur Wiederverwendung chemisch desinfiziert wurde, da Leitungs- oder destilliertes Wasser Mikroorganismen beherbergen kann, die eine Lungenentzündung verursachen können. Wenn das Spülen mit sterilem Wasser jedoch nicht möglich ist, spülen Sie stattdessen mit Leitungswasser oder gefiltertem Wasser (d. h. Wasser, das durch einen 0,2-μ-Filter geleitet wird). Eine Tauchdesinfektion wird mit einer Einwirkzeit von 30 Minuten empfohlen.
5. Trockene Ausrüstung :Folgen Sie dem vorherigen Schritt durch eine Alkoholspülung und Umlufttrocknung.
6. Speichern :Geräte in geschlossenen Verpackungen trocken lagern.

NanoHack 2.2

Copper3D hat kürzlich ein Update für die Maske NanoHack 2.0 veröffentlicht; der NanoHack 2.2.

Wie sein Vorgänger besteht der NanoHack 2.2 aus einer Monoblock-Struktur. In dieser neuen Version besteht es aus dreischichtigen, konstanten Wänden ohne Winkel, um die Struktur des Geräts zu verstärken. Außerdem werden zwei Optionen für die interne Filterstruktur angeboten:Voronoi oder Gyroid.

Die Gesamtdruckzeit für NanoHack 2.2 beträgt 4 1/2 Stunden.

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Bild 9:NanoHack 2.2-Maskendesign. Quelle:Copper 3D.

NanoHack 2.0- und NanoHack 2.2-Masken sind so konzipiert, dass sie auf ein 12 cm großes Gesicht passen, gemessen von der Kinnspitze bis zur Augenebene (eine horizontale Linie, die genau zwischen den Augen verläuft) und einem Abstand zwischen den Wangenknochen (direkt auf der Nase gemessen). auch 12cm. Wenn Ihr Gesicht kleiner oder größer als diese Maße ist, wird empfohlen, die Größe des Modells um 5 % oder 10 % zu ändern, damit es perfekt zu Ihrem Gesicht passt.