Potenziali rischi di un uso diffuso della stampa 3D per la produzione di maschere per il viso durante la pandemia SARS-CoV-2

6 maschere facciali COVID stampate in 3D non resistono al controllo

Può essere vero che “nessuna buona azione rimane impunita”, ha evidenziato mentre i membri della comunità della stampa 3D si sono precipitati ad aiutare con la mancanza di dispositivi di protezione individuale e dispositivi medici e parti di cui abbiamo tanto bisogno in tutto il mondo in risposta all’epidemia di COVID-19 . Le critiche sono seguite quasi immediatamente per quanto riguarda la mancanza di indicazioni per i produttori, insieme al potenziale di tossicità; tuttavia, senza standard o regolamenti, innumerevoli persone potrebbero creare progetti e stampare in 3D dispositivi di protezione individuale (DPI) e dispositivi medici con risultati estremamente diversi.

Ora, scienziati del Dipartimento di Neurochirurgia, Ospedale delle forze armate tedesche e Università Helmut Schmidt / Università delle forze armate tedesche hanno lavorato insieme per studiare l’effettiva fattibilità ed efficacia delle maschere facciali stampate in 3D volte a contrastare la diffusione del coronavirus. Durante il loro studio, presentato nel recente pubblicato ” Potenziali rischi di un uso diffuso della stampa 3D per la produzione di maschere per il viso durante la pandemia SARS-CoV-2 “, i ricercatori tedeschi hanno valutato campioni di maschere stampate in 3D, confrontandoli con il viso protettivo standard maschere.

Sia il design rigido che quello pieghevole sono stati esaminati con un test di adattamento del respiratore. Gli scienziati hanno scaricato progetti 3D gratuiti da siti Internet, quindi hanno stampato alcuni campioni “così come sono”, modificandone altri. Il Bundeswehr Research Institute for Protective Technologies and NBC Protection (WIS) di Munster ha collaborato con i ricercatori per testare le maschere in termini di efficienza e sicurezza. Sei prototipi sono stati valutati in tutto, con solo due progetti modificati dai ricercatori.

Le maschere per lo studio sono state create presso il Laboratory for Manufacturing Technologies dell’Università delle forze armate tedesche ad Amburgo, utilizzando Fusion 360 e Cura . Stampanti 3D desktop come Ultimaker 3 sono state installate presso il dipartimento di neurochirurgia dell’ospedale delle forze armate tedesche a Westerstede per il progetto.

Le maschere facciali open source includevano:

Copper 3D NanoHack
Maschera Lafactoria3D COVID-19 V2
Respiratore maschera maker
Maschera Montana
“La maschera pieghevole Copper 3D NanoHack è stata ulteriormente sviluppata e adattata alle esigenze dei medici rappresentati nel gruppo di lavoro utilizzando il processo di progettazione descritto in precedenza”, hanno spiegato i ricercatori. “Ciò ha portato alla produzione di due versioni modificate, HSU / BwKWST FM V3 (V3) e HSU / BwKWST FM V4 (V4). La maschera COVID-19 V2 era disponibile in diverse dimensioni. Per confronto, è stata scelta la stampa della maschera grande con un diametro della parete spessa, fornita nel file scaricabile. “

Sulle maschere sono stati utilizzati PLA bianco e poliuretano termoplastico nero che sono stati poi assemblati secondo le istruzioni.

Lo sviluppo del design della maschera è stato eseguito nell’ambiente del progettista presso il Laboratorio per la tecnologia di produzione dell’Università delle forze armate tedesche ad Amburgo. Le varianti progettuali sono state poi trasferite digitalmente all’ambiente dell’utente presso il Dipartimento di Neurochirurgia dell’Ospedale delle Forze Armate tedesche a Westerstede. Dopo la produzione del prototipo, sono stati valutati i disegni delle maschere. I requisiti per la successiva variante di design sono stati quindi inviati al progettista per ulteriori modifiche e sviluppi.

Gli utenti del gruppo di lavoro sono stati in grado di creare maschere dalla progettazione alla stampa entro tre o quattro ore. I ricercatori hanno notato che per un giorno di lavoro erano possibili tre cicli di “iterazione”. Design come HSU / BwKWST FM V1 sono stati modificati e migliorati in termini di filtraggio, consentendo l’utilizzo di un filtro FFP3. Anche l’area filtrante stessa è stata raddoppiata. HSU / BwKWST FM V2 (V2) è dotato di materiali filtranti sostituibili. Il modello HSU / BwKWST FM V3 (V3) è stato progettato con un labbro di tenuta in TPU attorno al contorno esterno per una migliore tenuta contro il viso.

Sono state prodotte quattro diverse varianti delle maschere per il viso HSU / BwKWST. L’HSU / BwKWST FM V1 è mostrato in A. B raffigura HSU / BwKWST FM V2 con un nuovo design della maschera nell’area del mento, perni di fissaggio per una visiera aggiuntiva e fori di fissaggio modificati per gli elastici. C HSU / BwKWST FM V3 con un inserto aggiuntivo in TPU95A nero (bordo nero) e un nuovo design del taglio nasale. La figura D mostra la HSU / BwKWST FM V4 ulteriormente sviluppata con quattro strisce di fissaggio e senza l’inserto in TPU che era stato precedentemente incorporato nella V3. E ed F mostrano il design del filtro quadrato con un meccanismo di fissaggio a clip e G e H il design del filtro rotondo con una filettatura di fissaggio.

“Le HSU / BwKWST FM V1 e V2 sono state progettate, spedite, stampate e valutate secondo il processo di progettazione descritto tra il Laboratorio per le Tecnologie di Produzione dell’Università delle Forze Armate tedesche e il Dipartimento di Neurochirurgia presso l’Ospedale delle Forze Armate tedesche a Westerstede . Solo HSU / BwKWST FM V3 e V4 sono stati rilasciati per ulteriori test “, hanno spiegato i ricercatori.

La Maker Mask si è distinta perché richiedeva più materiale e tempo, oltre a un assemblaggio più complesso. Gli utenti devono essere preparati a fondere e ad incollare con super colla scatole filtro e valvole, ad esempio. Altri problemi sono emersi in termini di maschere come le pieghevoli HSU / BwKWST FM V3 e V4 quando sono apparse piccole pieghe durante la termoformatura.

A Rappresentazione delle singole parti del pieghevole HSU / BwKWST FM V4 inPLA termoplastico. B Test HSU / BwKWST FM V4 montato sul viso dello sperimentatore.

“Accanto a ciò è necessaria un’indagine per stabilire se il piegamento delle maschere precedentemente piatte influisce sul filamento e sulla struttura delle fibre del PLA all’interno dell’HSU / BwKWST FM V3 e V4, poiché potrebbe aver portato a micro perdite”, hanno affermato i ricercatori. La fissazione del filtro è stata notata meglio nelle maschere Montana e Maker, con le altre che sembravano essere soggette a perdite.

Nel complesso, i risultati sono stati piuttosto scarsi, con gli autori che hanno sottolineato l’enorme popolarità delle maschere di stampa 3D; tuttavia, in realtà, i metodi ei materiali utilizzati attualmente non sono sufficienti per raccomandare l’uso di maschere stampate in 3D FDM:

“Per quanto riguarda il problema della sicurezza di un uso diffuso di maschere facciali stampate in 3D in una pandemia, concludiamo che, nonostante la loro presentazione a volte eccessivamente euforica sulla stampa e sui media online, nessuno dei modelli di maschere facciali stampate in 3D attualmente pubblicizzati ha esaminato nel nostro studio sono adatti come dispositivi di protezione individuale affidabili. Le ragioni principali di ciò sono la bassa flessibilità del materiale e la sottile linea di tenuta che impedisce le necessarie prestazioni di tenuta sul viso e le perdite legate al collegamento delle maschere con il materiale filtrante causate dalla costruzione semplificata del filtro e della scatola del filtro “.

Il Fattore Protettivo (PF) è stato calcolato dalla concentrazione di particelle all’esterno della maschera divisa per la concentrazione di particelle all’interno della maschera. I dati sono presentati come media ± deviazione standard della media. Il miglior valore singolo calcolato per ciascuna maschera è rappresentato come x nel colore corrispondente, specifico del gruppo.

La perdita totale verso l’interno (TIL,%) è stata calcolata da 100 diviso per PF ed è presentata in%. I parametri di riferimento sono gli standard Filtering Face Piece 2 (FFP2, linea rossa, 8%) e Filtering Face Piece 3 (FFP3, linea nera, 2%) secondo la normativa DIN EN 149.

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