Comment faire un masque en utilisant l'impression 3D

Dans la situation actuelle, dans laquelle nous sommes confrontés à une pandémie mondiale due à la propagation du coronavirus COVID-19, nous pensons que toute contribution et aide pouvant être apportée à partir de n'importe quel domaine peut être extrêmement importante, et des initiatives très intéressantes émergent du secteur de l'imprimerie 3D, que nous pensons pertinentes pour ce diffusion.

Au cours des derniers jours, sont fréquentes les informations concernant la pénurie de masques, un équipement de protection de base, en particulier pour les professionnels de la santé, mais aussi pour d'autres personnes qui, en raison de leur travail ou d'autres circonstances, peuvent être plus exposées au virus.

Pour cette raison, l'équipe de Copper3D, fabricant du filament antibactérien PLActive, a partagé la conception d'un masque qui est valable pour la fabrication sur pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM et dont le fichier STL est disponible en téléchargement gratuit :

TÉLÉCHARGER STL

Image 1: conception du masque NanoHack. Source: cuivre 3D.

Ce masque présente les caractéristiques suivantes:

• Antimicrobien et antiviral, fabriqué avec PLActive, un nanocomposite innovant développé avec un PLA de haute qualité et un additif nano-cuivre breveté, scientifiquement validé et très efficace.
• Recyclable: L'utilisation accrue de masques chirurgicaux jetables et de respirateurs aura un effet néfaste sur l'environnement. Pour éviter cet effet néfaste sur l'écosystème, l'utilisation du filament PLActive pour l'impression consomme une matière recyclable.
• Modèle plat, pour faciliter sa fabrication de manière massive et dans pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM.
• Système de filtration modulaire: Le masque intègre un nouveau système de filtration modulaire pour les particules fines en un matériau qui utilise des nanocomposites de cuivre éprouvés pour désactiver les virus. Ce système de filtration comprend plusieurs couches de géométries différentes pour assurer une filtration efficace des particules fines. En outre, il peut accueillir des matériaux de filtre tiers, tels que du propylène non tissé, des éponges ou des textiles.
• Capacités de thermoformage à 55 - 60 ºC, ce qui permet de donner l'anatomie correcte de n'importe quel visage simplement en utilisant un sèche-cheveux ou de l'eau chaude.
• Contrôle de filtration et entrée d'air. Il a été démontré que l'utilisation prolongée de respirateurs réduit la capacité pulmonaire. Ces respirateurs à usage unique ne permettent pas de réguler la prise d'air ou la taille des particules. Ce masque comprend un disque filtrant modulaire qui peut réguler efficacement l'admission d'air et la taille des particules. Ce système peut être personnalisé en utilisant du propylène de filtration non tissé, des vêtements, des éponges et différents textiles pour réduire le niveau de filtration.

L'impression 3D et l'assemblage du masque sont très simples, mais il est important de suivre les instructions suivantes pour une utilisation sûre:

1. Imprimez les pièces avec un remplissage à 20 %, sans support ni radeaux. Chaque masque consomme environ 40 grammes de filament, donc avec une bobine de 750 grammes de PLActive 17-18 masques peuvent être imprimés.
2. Chauffez le masque à 55 - 60 ºC avec un sèche-cheveux ou de l'eau chaude. La partie circulaire doit être intacte, c'est pourquoi elle est plus épaisse pour éviter les déformations.
3. Lors du ramollissement, rapprochez les ailes du nez et les ailes de réglage situées sur la mâchoire inférieure.
4. Chauffez à nouveau et placez-le sur le visage pour l'ajuster complètement à chaque visage.
5. Entrez un ou deux filtres supplémentaires. Si un filtre est utilisé, un morceau circulaire (simple ou double) d'un masque de propylène non tissé conventionnel (A) peut être utilisé ou un tampon démaquillant en coton (B) peut être ajouté, en les ajustant bien à la fenêtre du système de filtration. La filtration et le débit d'air peuvent être régulés avec des combinaisons de ces éléments.
6. Ajoutez les élastiques pour la fixation.

Image 2: Instructions de montage du NanoHack. Source: cuivre 3D.

Une autre option serait d'utiliser le filament antibactérien flexible MD¹ Flex, également fabriqué par Copper3D, qui étant flexible, le masque imprimé n'a pas besoin d'être chauffé pour l'adaptation.

D'autre part, il faut tenir compte du fait que ces masques, bien qu'ils soient efficaces, présentent certaines limitations, comme un cycle de vie court (environ 8 heures). Les virus respiratoires, en particulier le SRAS-Cov-2 (COVID-19) peuvent vivre jusqu'à 72 heures sur différentes surfaces, car à la fin de la journée, nous aurions une charge virale / bactérienne élevée piégée à quelques millimètres seulement de notre nez et de notre bouche, nous exposer davantage à ces microbes dangereux.

Le projet NanoHack et son équipe de scientifiques et de designers industriels des États-Unis et du Chili doivent être remerciés d'avoir mis à la disposition de la société à la fois la description et les plans de leur brevet.

MISE À JOUR (20 mars): Copper3D a publié une communication pour résoudre les doutes sur les certifications et les utilisations de Nanohack. Voir la publication

MISE À JOUR (21 mars): Nouvelle communication de Copper3D, où elle indique que l'efficacité de filtration de Nanohack est de 96.4 % pour les micro-organismes de 1 micron et 89.5 % pour les micro-organismes de 0,02 microns. En outre, il détaille les spécifications et les configurations pour l'impression correcte de Nanohack dans pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM. Voir la publication

NanoHack 2.0

Récemment, l'équipe Copper3D a partagé une nouvelle conception de masque: NanoHack 2.0.

Contrairement à d'autres concepts, NanoHack 2.0 est composé d'une structure monobloc solide et hermétique, qui doit être imprimée en 3D avec PLActive pour offrir une protection maximale contre l'environnement extérieur. Pour rendre le masque étanche, le cadre est scellé avec un bord imprimé en 3D avec MDFlex, un TPU antimicrobien.

TÉLÉCHARGER STL

Image 3: Conception du masque NanoHack 2.0. Source: cuivre 3D.

Considérations techniques

Le masque NanoHack est un appareil créé dans le but d'offrir une protection contre les particules dans l'air et empêche la propagation de liquides qui contaminent les voies respiratoires.

Grâce à des études sur l'efficacité des masques faits maison, les matériaux filtrants de NanoHack (le polypropylène non tissé, le même matériau utilisé dans les masques chirurgicaux), ont démontré une efficacité de filtration de 96.4 % pour les micro-organismes de 1 micron. et 89.5 % pour les micro-organismes de 0.02 microns.

Selon une étude de la FDA des États-Unis, la conception de masques chirurgicaux courants ne permet pas une protection complète contre les germes et autres contaminants en raison de leur ajustement lâche. De plus, les masques chirurgicaux sont des dispositifs à usage unique qui doivent être éliminés en toute sécurité. Les autorités sanitaires recommande de placer ces articles dans un sac en plastique et de les jeter; ainsi que se laver les mains après avoir manipulé le masque utilisé. Des recherches publiées antérieurement ont indiqué que la charge virale élevée qui reste dans les masques chirurgicaux et les respirateurs peut être une source de transmission virale pour le respirateur ou le porteur de masque et pour d'autres. Cela peut se produire lorsque les toilettes touchent votre masque et ne se lavent pas correctement les mains ou lorsqu'elles se débarrassent du masque sans prendre les précautions appropriées. De plus, les agents pathogènes libérés des respirateurs chirurgicaux aux patients en salle d'opération augmentent le risque d'infections nosocomiales (infections acquises pendant un séjour à l'hôpital). Pour toutes ces raisons, le masque NanoHack utilise un polymère recyclable et biocompatible qui contient un nanocomposite de cuivre qui a montré des propriétés antimicrobiennes: PLActive.

En ce qui concerne l'activité antimicrobienne du cuivre, on peut dire qu'il inhibe les capacités de réplication et de propagation du SRAS-CoV, de la grippe et d'autres virus respiratoires. En effet, ils ont un potentiel antimicrobien élevé (antiviral et antibactérien).

Image 4: Activité antivirale du cuivre. Source: cuivre 3D.

Ainsi, puisque le cuivre peut inactiver des virus tels que le SRAS-CoV, le virus de la grippe, H1N1, et élimine les bactéries dangereuses telles que Staphylococcus aureus, Escherichia coli ou Listeria entre autres, après une courte période d'exposition. Les filaments PLActive et MDflex du fabricant Copper3D pourraient être une stratégie complémentaire efficace et peu coûteuse pour aider à réduire la transmission de diverses maladies infectieuses en limitant la transmission infectieuse nosocomiale.
NanoHack a été conçu comme un masque facial antimicrobien adapté à l'impression 3D en FDM et fabriqué avec des matériaux actifs. Pour le montage, des filtres actifs en polypropylène non tissé (3 couches) doivent être utilisés pour obtenir une protection supplémentaire contre les microorganismes.

Selon l'étude de Borkow G. (Neutralisation des virus en suspension utilisant des filtres à base d'oxyde de cuivre. Agents antimicrobiens et chimiothérapie), un filtre en tissu non tissé imprégné d'oxyde de cuivre est capable de générer une filtration des virus de différents types, notamment virus respiratoires.

Image 5: Conception des filtres de masque NanoHack 2.0. Source: cuivre 3D.

Pour une protection optimale contre l'environnement, il est recommandé d'utiliser le filtre en polypropylène non tissé triple couche avec des nanocomposites de cuivre développé par The Copper Company.

Image 6: Tableau de réduction de la charge virale avec des filtres à particules de cuivre Source: Copper 3D.

Image 7: Images au microscope électronique à balayage de fibres de polypropylène imprégnées d'oxyde de cuivre. Source: cuivre 3D.

Si vous n'avez pas accès à ce type de filtre, une étude d'Anna Davies analyse l'efficacité de filtrage de différents matériaux tels que les filtres à vide et les fibres comme le coton ou la soie:

Image 8: Tableau d'efficacité de différents matériaux comme filtre. Source: cuivre 3D.

Recommandations d'utilisation

L'objectif de NanoMask 2.0 est d'offrir à la population une protection contre les particules dans l'air et d'éviter la propagation d'aérosols liquides susceptibles de contaminer les voies respiratoires. Veuillez noter qu'il ne s'agit pas d'un masque N95. Il s'agit d'un masque facial et ne doit pas être considéré comme un EPI approuvé.

Par rapport aux professionnels de la santé, cet appareil doit être utilisé en dernier recours: les intubations, la ventilation mécanique ou les bronchoscopies ou procédures similaires ne doivent pas être manipulées.

Ce masque est conçu pour être utilisé dans les espaces communs, pour un maximum de 8 heures, et pour changer le filtre non tissé une fois par jour. Après avoir manipulé le filtre actif, vous devez vous laver les mains et suivre les précautions recommandées par les autorités sanitaires.

Les conseils de nettoyage pour NanoMask sont les suivants:

1. Lavage: L'appareil doit être lavé à l'eau et au savon.
2. Rincer: Une fois lavé, il doit être bien rincé à l'eau claire.
3. Désinfection: L'équipement doit être désinfecté pour désactiver tous les agents pathogènes restants. Pour cela, la désinfection chimique doit être utilisée, sans utiliser d'autoclave, car PLActive ne tolère pas 80 ºC ou plus. Les méthodes chimiques et germicides les plus accessibles sont présentées ci-dessous:
1. Méthode 1: L'alcool est efficace contre le virus de la grippe. L'alcool éthylique (70%) est un puissant germicide à large spectre et est généralement considéré comme supérieur à l'alcool isopropylique. Étant donné que l'alcool est inflammable, son utilisation comme désinfectant de surface doit être limitée aux petites surfaces et ne doit être utilisée que dans des espaces bien ventilés. 
   L'utilisation à long terme et répétée d'alcool comme désinfectant peut également provoquer une décoloration, un gonflement, un durcissement et une fissuration du caoutchouc et de certains plastiques.
2. Méthode 2: La plupart des solutions de blanchiment domestique contiennent 5% d'hypochlorite de sodium (50 000 parties par million de chlore disponible). Dilution recommandée: une dilution au 1: 100 d'hypochlorite de sodium à 5% est la recommandation habituelle. Utilisez 1 volume d'eau de Javel pour 99 volumes d'eau du robinet froide (dilution 1: 100) pour désinfecter les surfaces. Ajustez le rapport eau de Javel / eau si nécessaire pour obtenir la concentration appropriée d'hypochlorite de sodium. Par exemple, pour les préparations d'eau de Javel contenant 2,5% d'hypochlorite de sodium, utilisez deux fois plus d'eau de Javel (soit 2 parties d'eau de Javel pour 98 parties d'eau).
4. Rincer: Si une désinfection chimique est utilisée, elle doit être rincée à l'eau stérile ou propre (c'est-à-dire à l'eau bouillie pendant 5 minutes et refroidie). L'eau stérile est préférable pour rincer le désinfectant chimique liquide résiduel d'un appareil respiratoire qui a été désinfecté chimiquement pour être réutilisé, car l'eau du robinet ou distillée peut héberger des micro-organismes pouvant provoquer une pneumonie. Cependant, lorsqu'il n'est pas possible de rincer à l'eau stérile, rincer à l'eau courante ou à l'eau filtrée (c'est-à-dire l'eau qui passe à travers un filtre de 0,2 μ). Une désinfection par immersion avec un temps de contact de 30 minutes est recommandée.
5. Séchage: Suivez l'étape précédente en rinçant à l'alcool et en séchant à l'air forcé.
6. Stockage: Enfin, l'équipement sec doit être stocké dans des emballages fermés.

NanoHack 2.2

Copper 3D a récemment publié une mise à jour du masque NanoHack 2.0; le NanoHack 2.2.

Comme son prédécesseur, le NanoHack 2.2 est composé d'une structure monobloc. Dans cette nouvelle version, les murs sont constitués de 3 couches et les angles sont réduits pour renforcer la structure de l'appareil. De plus, deux options sont proposées pour la structure du filtre interne: Voronoi ou Gyroid.

Le temps total d'impression pour NanoHack 2.2 est de 4 1/2 heures.

TÉLÉCHARGER STL

Image 9: Conception du masque NanoHack 2.2. Source: cuivre 3D.

Les masques NanoHack 2.0 et NanoHack 2.2 sont conçus pour s'adapter à un visage de 12 cm de haut, mesuré de la pointe du menton au plan de l'œil (une ligne horizontale qui passe juste entre les yeux) et une distance entre les pommettes (mesurée directement sur nez) également 12 cm. Si votre visage est plus petit ou plus grand que ces mesures, il est suggéré de redimensionner le modèle de 5 % ou 10 % pour s'adapter parfaitement à votre visage.