3D プリントを使用してマスクを作成する方法

新型コロナウイルス感染症の拡大により、世界的なパンデミックに直面している現在、あらゆる分野からの貢献や支援は非常に重要であると考えており、非常に興味深い取り組みが生まれています。普及に関連すると思われる印刷部門の 3D から。

最後の数日間、特に医療専門家だけでなく、仕事やその他の状況によりウイルスにさらされる可能性が高い他の人々のための基本的な保護具であるマスクの不足についてのニュースが頻繁にあります.

このため、抗菌性 PLActive フィラメントのメーカーである Copper3D のチームは、ほぼすべての 3D FDM プリンターでの製造に有効なマスクのデザインを共有しました。このマスクの STL ファイルは無料で無料でダウンロードできます。

STL をダウンロード

画像 1:NanoHack マスクのデザイン。出典:3D Copper.

このマスクには次の特徴があります:

• 抗菌 そして抗ウイルス 、PLActive で製造されています。PLActive は、高品質の PLA と特許取得済みで科学的に検証された非常に効果的なナノ銅添加剤で開発された革新的なナノコンポジットです。
• リサイクル可能 :使い捨てのサージカルマスクとレスピレーターの使用が増えると、環境に悪影響を及ぼします。このような生態系への悪影響を避けるために、印刷に PLActive フィラメントを使用すると、リサイクル可能な材料が消費されます。
• フラット パターン 、大規模な方法で、事実上すべての 3D FDM プリンターでの製造を容易にします。
• モジュラーろ過システム :このマスクには、ウイルスを不活化する実績のある銅ナノコンポジットを使用した素材で作られた微粒子用の新しいモジュラーろ過システムが組み込まれています。このろ過システムには、微粒子を効果的にろ過するために、形状の異なる複数の層が含まれています。さらに、不織布プロピレン、スポンジ、テキスタイルなどのサードパーティ製フィルター素材に対応できます。
• 熱成形機能 55 ～ 60 ºC で、ヘアドライヤーまたは温水を使用するだけで、あらゆる顔の解剖学的構造を正しい形にすることができます。
• ろ過制御と空気取り入れ .人工呼吸器を長期間使用すると、肺活量が減少することが示されています。これらの使い捨てマスクは、空気の取り入れ口や粒子サイズを調節することはできません。このマスクには、空気の取り込みと粒子サイズを効果的に調整できるモジュラー フィルター ディスクが組み込まれています。このシステムは、不織布濾過プロピレン、衣類、スポンジ、さまざまな織物を使用して濾過レベルを下げることでカスタマイズできます。

マスクの 3D プリントと組み立ては非常に簡単ですが、安全に使用するために次の指示に従うことが重要です:

<オール>

サポートやラフトを使用せずに、20% の詰め物で作品を印刷します。各マスクは約 40 グラムのフィラメントを消費するため、750 グラムのコイルで PLActive 17-18 マスクを印刷できます。

ヘアドライヤーまたはお湯でマスクを 55 ～ 60 ºC に加熱します。円形部分は無傷でなければなりません。このため、変形を避けるために厚みが増しています。

柔らかくするときは、下顎にあるノーズ ウイングと調整ウイングを合わせます。

もう一度温めて顔にのせ、それぞれの顔に完全になじませます。

追加のフィルタを 1 つまたは 2 つ入力します。フィルターを使用する場合は、従来の不織布プロピレン マスク (A) の円形片 (シングルまたはダブル) を使用するか、コットンのメーキャップ リムーバー パッド (B) を追加して、フィルター システムのウィンドウにうまく合わせます。ろ過と空気の流れは、これらの要素の組み合わせで調整できます。

留め具用のゴムを追加します。

画像 2:NanoHack の組み立て説明書。出典:Copper 3D.

別のオプションは、柔軟な抗菌 MD ¹ を使用することです。 同じくCopper3D製のフレックスフィラメントは柔軟性があり、印刷されたマスクを適応させるために加熱する必要はありません。

一方、これらのマスクは効果的ですが、ライフサイクルが短い（約8時間）など、特定の制限があることを考慮する必要があります。呼吸器ウイルス、特に SARS-Cov-2 (COVID-19) は、さまざまな表面で最大 72 時間生存できます。これは、1 日の終わりには、鼻や口からわずか数ミリの場所に大量のウイルス/細菌が閉じ込められているためです。 、これらの危険な微生物にさらにさらされます。

最後に、NanoHack プロジェクトと、米国とチリの科学者と工業デザイナーのチームが、特許の説明と計画を社会に提供してくれたことに感謝します。

更新 (3 月 20 日) :Copper3D は、Nanohack の認証と使用に関する疑問を解決するための通信を公開しました。出版物を見る

更新 (3 月 21 日) :Copper3D からの新しい通信では、Nanohack のろ過効率は 1 ミクロンの微生物で 96.4%、0.02 ミクロンの微生物で 89.5% であると述べられています。さらに、ほぼすべての 3D FDM プリンターで Nanohack を正しく印刷するための仕様と構成について詳しく説明します。出版物を見る

ナノハック 2.0

最近、Copper3D チームは新しいマスク デザイン、NanoHack 2.0 を共有しました。

他のコンセプトとは異なり、NanoHack 2.0 は強力で気密性の高いモノブロック構造で構成されており、PLActive で 3D プリントして外部環境から最大限の保護を提供する必要があります。マスクを水密にするために、フレームは 3D プリントされたエッジでシールされ、抗菌 TPU である MDFlex が使用されています。

STL をダウンロード

画像 3:NanoHack 2.0 マスクのデザイン。出典:Copper 3D.

技術的な考慮事項

NanoHack マスクは、空気中の粒子から保護し、気道を汚染する液体の拡散を防ぐ目的で作成されたデバイスです。

自家製マスクの有効性に関する研究を通じて、NanoHack フィルター素材 (不織布ポリプロピレン、サージカル マスクと同じ素材) は、1 ミクロンの微生物に対して 96.4% および 89.5% のろ過効率を達成することが検出されました。 0.02ミクロンの微生物用。

米国 FDA の調査によると、一般的なサージカル マスクの設計では、フィット感が緩いため、細菌やその他の汚染物質から完全に保護することはできません。さらに、サージカルマスクは使い捨てのデバイスであり、安全に廃棄する必要があります。保健当局は、これらのアイテムをビニール袋に入れて捨てることを推奨しています。使用済みマスクを扱った後の手洗いも同様です。以前に発表された研究では、サージカルマスクとレスピレーターに残っている高いウイルス負荷が、マスクを着用している人とレスピレーターの両方、および他の人へのウイルス感染の原因となる可能性があることが示されています。これは、トイレがマスクに触れた後に手を洗わなかったり、適切な廃棄予防策を講じずにマスクを廃棄したりする場合に発生する可能性があります。さらに、手術室の患者の外科用人工呼吸器によって無視された病原体は、院内感染 (入院中に獲得された感染) のリスクを高めます。これらすべての理由から、NanoHack マスクは、抗菌特性を示す銅ナノコンポジットを含むリサイクル可能で生体適合性のあるポリマーを使用しています:PLActive.

銅の抗菌活性については、SARS-CoV、インフルエンザ、およびその他の呼吸器ウイルスの複製および拡散能力を阻害するものを知ることができます.これは、それらが高い抗菌力 (抗ウイルスおよび抗菌) を持っているためです。

画像 4:銅の抗ウイルス活性。出典:Copper 3D.

したがって、銅はSARS-CoV、インフルエンザウイルス、H1N1などのウイルスを不活性化し、黄色ブドウ球菌、大腸菌、リステリア菌などの危険な細菌を短期間の暴露で排除します。メーカーのCopper3D beのPLActiveおよびMDflexフィラメント。院内感染伝播を制限することにより、さまざまな感染症の伝播を減らすのに役立つ効果的で低コストの補完的な戦略.取り付けには、微生物に対する追加の保護を得るために、アクティブな不織布ポリプロピレン フィルター (3 層) を使用する必要があります。

Borkow G. (酸化銅ベースのフィルターを使用した懸濁液中のウイルスの中和。抗菌剤と化学療法) による研究によると、酸化銅を含浸させた不織布フィルターは、呼吸器ウイルスを含むさまざまな種類のウイルス フィルターを生成することができます。

画像 5:NanoHack 2.0 マスク フィルターの設計。出典:Copper 3D.

環境に対する最適な保護のために、The Copper Company が開発した銅ナノ複合材料を使用した 3 層不織布ポリプロピレン フィルターの使用をお勧めします。

画像 6:銅粒子を含むフィルターによるウイルス量の減少の表。出典:Copper 3D.

画像 7:酸化銅を含浸させたポリプロピレン繊維の走査型電子顕微鏡画像。出典:Copper 3D.

このタイプのフィルターを利用できない場合、Anna Davies による研究では、真空フィルターや綿や絹などの繊維など、さまざまな素材のフィルターの効率を分析しています。

画像 8:フィルターとしてのさまざまな素材の効果の表。出典:Copper 3D.

使用に関する推奨事項

NanoMask 2.0 の目的は、空気中の粒子に対する人口保護を提供し、気道を汚染する可能性のある液体エアロゾルの拡散を回避することです。 N95マスクではありませんのでご注意ください。これはフェイス マスクであり、承認された PPE と見なされるべきではありません。

医療専門家に関しては、このデバイスは最後の手段として使用する必要があります。挿管、人工呼吸器、気管支鏡検査、または同様の処置は操作しないでください。

このマスクは、共用スペースで最大 8 時間使用し、不織布フィルターを 1 日 1 回交換するように設計されています。アクティブ フィルターを取り扱った後は、手を洗い、保健当局が推奨する予防措置に従う必要があります。

NanoMask のクリーニングのヒントは次のとおりです。

<オール>

洗濯 :デバイスは石鹸と水で洗ってください。

すすぐ :洗浄後はきれいな水でよくすすいでください。

消毒 :残っている病原体を不活性化するために、器具を消毒する必要があります。 PLActive は 80 ºC 以上に耐えられないため、オートクレーブを使用せずに化学消毒を使用する必要があります。最も利用しやすい化学および殺菌方法を以下に示します。

<オール>

方法 1:アルコールはインフルエンザ ウイルスに対して有効です。エチル アルコール (70%) は強力な広域殺菌剤であり、一般にイソプロピル アルコールよりも優れていると考えられています。アルコールは可燃性であるため、表面消毒剤としての使用は小さな表面に限定し、換気の良い場所でのみ使用してください。

方法:ほとんどの家庭用漂白剤溶液には、5% の次亜塩素酸ナトリウム (有効塩素 50,000 ppm) が含まれています。 推奨される希釈 :1:5% 次亜塩素酸ナトリウムの 100 倍希釈が通常の推奨です。漂白剤 1 対冷たい水道水 99 の割合 (1:100 希釈) を使用して、表面を消毒します。次亜塩素酸ナトリウムの適切な濃度を達成するために、必要に応じて漂白剤と水の比率を調整します。たとえば、2.5% の次亜塩素酸ナトリウムを含む漂白剤の場合、2 倍の量の漂白剤を使用します (つまり、水 98 に対して漂白剤 2 の割合)。

すすぎ :化学消毒を使用する場合は、滅菌水またはきれいな水ですすいでください (つまり、5 分間沸騰させて冷却した水)。水道水や蒸留水には肺炎を引き起こす可能性のある微生物が潜んでいる可能性があるため、再利用のために化学的に消毒された呼吸装置から残留液体化学消毒剤を洗い流すには、無菌水が好まれます。ただし、滅菌水ですすぐことができない場合は、代わりに水道水またはろ過水 (0.2 μ フィルターを通した水) で洗い流してください。浸漬による消毒は、30 分間の接触時間で行うことをお勧めします。

乾式装備 :前の手順に続いて、アルコール リンスと強制乾燥を行います。

ストア :密封されたパッケージで機器を乾かして保管してください。

ナノハック 2.2

Copper3D は最近、NanoHack 2.0 マスクのアップデートをリリースしました。ナノハック 2.2.

NanoHack 2.2 は、前身と同様にモノブロック構造で構成されています。この新しいバージョンでは、デバイスの構造を強化するために、角度のない 3 層の一定の壁で構成されています。さらに、内部フィルター構造には、ボロノイまたはジャイロイドの 2 つのオプションが用意されています。

NanoHack 2.2 の合計印刷時間は 4 時間半です。

STL をダウンロード

画像 9:NanoHack 2.2 マスクのデザイン。出典:Copper 3D.

NanoHack 2.0 および NanoHack 2.2 マスクは、あごの先端から目の平面 (目の間を通る水平線) まで、および頬骨間の距離 (鼻で直接測定) を測定した高さ 12 cm の顔にフィットするように設計されています。こちらも12cm。顔がこれらの測定値よりも小さいか大きい場合は、顔に完全にフィットするようにモデルのサイズを 5 % または 10 % 変更することをお勧めします。