3D-Druck zur Bekämpfung von COVID-19

Aufgrund der aktuellen Notfallsituation, die durch die Verbreitung des COVID-19-Coronavirus entsteht, entstehen großartige Initiativen und Lösungen aus Solidarität und Innovation, insbesondere zur Linderung des Mangels an medizinischer Ausrüstung und persönlicher Schutzausrüstung (PSA).

Aus dem Bereich des 3D-Drucks gibt es viele Ingenieure und Materialhersteller, die zusammen mit medizinischen Fachleuten daran arbeiten, Modelle von PSA (persönlicher Schutzausrüstung) zu entwerfen, die dazu beitragen, die Gesundheit der Pflegekräfte zu erhalten und ihre Arbeit zu erleichtern, sowie bei der Entwicklung verschiedener Prototypen wie Ventilen, Anschlüssen von Beatmungsgeräten oder assistierten Beatmungsgeräten und anderen Geräten, die dazu beitragen, den Mangel an medizinischer Ausrüstung zu mildern.

Zusätzlich haben viele Gemeinschaften von Herstellern ihre 3D-Drucker gestartet, um diese Geräte herzustellen. In Spanien ist die Initiative Coronavirus Makers entstanden, eine gemeinnützige Plattform mit Tausenden von Freiwilligen. Ähnliche Initiativen gibt es in Ländern wie Deutschland, Italien, Chile, Argentinien oder Kolumbien.

Im Folgenden haben wir verschiedene Designs von Schutzausrüstungen und medizinischen Hilfsmitteln zusammengestellt, die von verschiedenen Unternehmen und Verbänden kostenlos zur Verfügung gestellt wurden und im STL-Format heruntergeladen und praktisch auf jedem FDM-Drucker gedruckt werden können.

Zu beachten ist, dass einige der Modelle nicht von den entsprechenden Gesundheitsbehörden zugelassen oder genehmigt sind und dass je nach Region oder Land die Herstellungsanforderungen für diese Zulassung variieren können.

Gesichtsmasken

Sowohl auf Plattformen für 3D-Druckressourcen als auch auf verschiedenen Seiten von Unternehmen im 3D-Sektor werden verschiedene Maskenmodelle zum 3D-Druck auf jedem Typ von 3D-FDM-Drucker geteilt.

Hervorzuheben ist, dass diese Masken, es sei denn, sie haben die erforderlichen Filter, nur als physische Barriere gegen das Virus dienen, zusätzlich dazu, nicht zu seiner Verbreitung beizutragen, wenn man infiziert ist.

Vor einigen Tagen haben wir das Design der Nanohack-Maske geteilt, das vom Team von Copper3D entwickelt wurde und das kürzlich das Update des Designs dieser Maske geteilt hat: NanoHack 2.0, mit einer monoblock-Struktur, robust und luftdicht, die mit PLActive und MDFlex-antibakteriellen Filamenten hergestellt werden muss, um maximalen Schutz gegen die äußere Umgebung zu bieten.

PLActive ist ein recycelbarer und biokompatibler Polymer, der ein Kupfernanokomposit enthält, das antimikrobielle Eigenschaften gezeigt hat.

Dank ihres Designs bietet NanoHack 2.0 Schutz vor Luftpartikeln und verhindert die Ausbreitung von Flüssigkeiten, die die Atemwege kontaminieren. NanoHack verwendet dasselbe Material wie chirurgische Masken (nicht gewebtes Polypropylen) als Filtersystem. Für optimalen Schutz wird empfohlen, einen dreilagigen nicht gewebten Polypropylenfilter zu verwenden. Dieser Filter ist in der Maske eingebettet. So wird gemäß verschiedenen Studien eine Filtrationseffizienz von 96,4 % für Mikroorganismen von 1 Mikron und 89,5 % für Mikroorganismen von 0,02 Mikron erreicht.

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Gesichtsschilde

Sie finden unzählige Modelle von Visieren und Gesichtsschilden im Internet. Prusa hat mehrere Prototypen entwickelt, die vom tschechischen Gesundheitsministerium überprüft wurden. Schließlich haben sie zwei Bildschirmversionen vorgestellt: RC1 und RC2.

Dieses Bildschirmdesign besteht aus einer starren Struktur mit einer flexiblen und transparenten Acetat-Kunststofffolie. Die starre Struktur wird im 3D-Druck hergestellt und die Kunststoff-Acetatfolie wird dann als Bildschirm angepasst. Die RC1-Version ermöglicht das Drucken von mehr Teilen im gleichen Druckvorgang, während die RC2-Version etwas höheren Schutz bietet und bequemer zu tragen ist.

Als Bildschirm verwendet der Prototyp eine 0,5 mm dicke PETG-Folie, obwohl auch andere transparente und flexible Materialien mit ähnlicher Dicke verwendet werden können, wie klare Acetatfolien.

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Es wird empfohlen, mit PETG mit 30 % Füllung zu drucken, obwohl auch andere Materialien wie PLA oder ABS verwendet werden können. Um sie an Gesundheitseinrichtungen zu liefern, ist es unerlässlich, sie zu sterilisieren, indem sie in einem Bleichbad (Verhältnis 50:1) aufbewahrt und dann mit Wasser gespült werden. Auf diese Weise tragen sie kein Risiko für mögliche indirekte Übertragungen für medizinisches Personal.

Beatmungsgeräte und Ventile

Aufgrund des Mangels an eigenständigen Beatmungsgeräten entwickeln mehrere Ingenieurgruppen in Zusammenarbeit mit verschiedenen Institutionen und medizinischem Personal Prototypen und fertigen die verschiedenen Teile, aus denen sie mit 3D-Druck bestehen.

Dies ist der Fall des Konsortiums der Freihandelszone Barcelona, das zusammen mit HP, Leitat und SEAT einen Prototyp eines Beatmungsgeräts entwickelt hat, das 3D-Druck zur Herstellung seiner Teile nutzt und dabei Elemente wie einen Scheibenwischermotor eines Autos verwendet. Dieses Gerät wurde OxyGEN genannt und wurde bereits von Experten des Parc Taulí-Krankenhauses in Sabadell validiert. Ein Vorteil dieses Geräts ist, dass seine Produktion skalierbar ist.

Ein weiterer möglicher Lösungsansatz besteht darin, Adapter zu verwenden, die es ermöglichen, dass dasselbe Beatmungsgerät für mehrere Patienten verwendet wird, wie zum Beispiel der "H"-Anschluss, den Copper3D entwickelt hat. Ein Design, das das Volumen des toten Raums minimiert und ein mögliches Auslaufen von Luft aufgrund unnötiger Verbindungen verhindert. Copper 3D empfiehlt den 3D-Druck dieses Geräts mit PLActive, aufgrund seiner antibakteriellen Eigenschaften und Biokompatibilität.

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In mehreren Krankenhäusern fehlen wichtige Elemente im Zusammenhang mit Beatmungsgeräten und die erforderlich sind, wenn ein Patient mit Atemwegskomplikationen behandelt wird. Dies ist der Fall des Venturi-Ventils, das verwendet wird, um die Sauerstoffkonzentration zu regulieren, die dem Patienten durch das Beatmungsgerät zugeführt wird.

Es gibt verschiedene Designs, die den Benutzern zur Verfügung stehen, wie dieses von der Plattform Cults.

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Weitere Geräte

Neben PSA und spezifischen Geräten zur Behandlung von Patienten, die von COVID-19 betroffen sind, werden verschiedene Werkzeuge entwickelt, um die Ansteckung durch indirekten Kontakt zu vermeiden, dem jeder in seiner täglichen Aktivität ausgesetzt ist (Tür- und Fenstergriffe, Knöpfe für Aufzüge usw.).

Der StopCovid-19-Ring ist ein leicht zu druckender Ring, der entwickelt wurde, um Schalter und Tasten zu drücken, ohne sie physisch zu berühren.

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Unternehmen wie Materialise haben ein Gerät entwickelt, das an Türgriffe angebracht werden kann, sodass sie ohne Verwendung der Hände geöffnet werden können. Verschiedene Versionen dieses Werkzeugs, die an verschiedene Griffeformate angepasst sind (zylindrisch, rechteckig, kreisförmig usw.), können kostenlos von ihrer Website heruntergeladen werden.

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Durch die Nutzung dieser Werkzeuge kann die Möglichkeit einer Ansteckung durch indirekte Kontakte im täglichen Leben minimiert werden. Zur größeren Sicherheit ist es erforderlich, die Werkzeuge nach Gebrauch immer zu desinfizieren. Es sollte auch daran erinnert werden, dass die Verwendung dieser Art von Werkzeugen nicht von der Anwendung der empfohlenen Sicherheitsregeln befreit: Regelmäßiges Händewaschen, nicht ins Gesicht fassen usw.

Spezifische Materialien

Unter den spezifischen Materialien zur Herstellung persönlicher Schutzausrüstungen heben wir PLActive und MDFlex für ihre antimikrobiellen und antiviralen Eigenschaften hervor. Dieses Material wird auch für den Druck von Erweiterungsgeräten und Ventilen empfohlen, die an selbstständige Beatmungsgeräte angepasst sind.

Gewöhnliche Materialien

Für die Herstellung von Bildschirmen oder Ventilen, die aufgrund ihrer Verwendung nicht aus biokompatiblen oder antibakteriellen Materialien bestehen müssen, können grundlegende Materialien im 3D-FDM-Druck verwendet werden, wie PLA oder PETG; da diese Elemente keine spezifischen Eigenschaften erfordern, obwohl es stimmt, dass sie eine gewisse Steifigkeit erfordern und es nicht empfohlen wird, flexible Materialien wie Flexfill oder FilaFlex zu verwenden.

Mit diesen kostenlosen Download-Dateien kann jeder Benutzer mit einem FDM 3D-Drucker und einem der oben genannten Materialien seinen Beitrag dazu leisten, die Pandemie und die alarmierende Situation, die wir derzeit erleben, zu stoppen.