La stampa 3D per combattere il COVID-19

Data l'attuale situazione di emergenza che si sta vivendo a causa della diffusione del coronavirus COVID-19, grandi iniziative e soluzioni stanno emergendo dalla solidarietà e dall'innovazione, soprattutto per alleviare la carenza di forniture mediche e dispositivi di protezione individuale (DPI).

Dal settore della stampa 3D, sono molti gli ingegneri e produttori di materiali che, insieme a medici specialisti, lavorano per progettare modelli di DPI (dispositivi di protezione individuale) che aiutino a preservare la salute degli operatori sanitari e ne facilitino il lavoro, così come in lo sviluppo di diversi prototipi come valvole, connettori di respiratori o respiratori assistiti e altri dispositivi che aiutano a mitigare la carenza di forniture mediche.

Inoltre, molte comunità di maker hanno acceso le loro stampanti 3D per realizzare questi dispositivi. In Spagna è nata l'iniziativa Coronavirus Makers, una piattaforma senza scopo di lucro con migliaia di volontari. Iniziative simili si possono trovare in paesi come Germania, Italia, Cile, Argentina o Colombia

Di seguito abbiamo raccolto vari progetti di DPI e forniture mediche che sono stati resi disponibili gratuitamente al pubblico da varie aziende e associazioni e possono essere scaricati in formato STL e stampati praticamente su qualsiasi stampante FDM.

Si deve tener conto del fatto che alcuni dei modelli non sono approvati o approvati dalle autorità sanitarie corrispondenti e che, a seconda di ogni area o paese, i requisiti di produzione per ottenere questa approvazione possono variare.

Maschere

Sia sulle piattaforme di risorse per la stampa 3D che su varie pagine di aziende del settore 3D, vengono condivisi diversi modelli di maschere per la stampa 3D su qualsiasi tipo di stampante 3D FDM.

Va sottolineato che queste mascherine, fatta eccezione per i filtri necessari, fungono solo da barriera fisica contro il virus, oltre ad aiutare a prevenirne la diffusione in caso di infezione.

Qualche giorno fa abbiamo condiviso il design della maschera Nanohack sviluppato dal team Copper3D, che ha recentemente condiviso il design aggiornato di detta maschera: NanoHack 2.0, con una struttura monoblocco robusta ed ermetica, che deve essere realizzata con filamenti antibatterici PLActive e MDFlexper fornire massima protezione dall'ambiente esterno.

PLActive è un polimero riciclabile e biocompatibile che contiene un nanocomposito di rame che ha mostrato proprietà antimicrobiche.

Grazie al suo design, NanoHack 2.0 è un dispositivo che offre protezione contro le particelle sospese nell'aria e previene la diffusione di liquidi che contaminano le vie respiratorie. NanoHack utilizza lo stesso materiale utilizzato nelle mascherine chirurgiche (polipropilene non tessuto) come sistema di filtrazione. Per una protezione ottimale, si consiglia di utilizzare un filtro in polipropilene non tessuto a triplo strato. Questo filtro è incorporato nella maschera. In questo modo, secondo vari studi, si ottiene un'efficienza di filtrazione del 96,4% per microrganismi di 1 micron e dell'89,5% per microrganismi di 0,02 micron.

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Schermi

In rete puoi trovare innumerevoli modelli di visiere e schermi. Prusa ha sviluppato diversi prototipi, che ha verificato con il Ministero della Salute ceco. Infine, hanno presentato due versioni dello schermo: RC1 e RC2.

Questo design dello schermo è costituito da una struttura rigida a cui è incorporato un foglio di plastica di acetato flessibile e trasparente. La struttura rigida viene stampata in 3D e successivamente il foglio di plastica di acetato viene adattato come schermo. La versione RC1 consente di stampare più parti nello stesso processo di stampa, mentre la versione RC2 offre una protezione leggermente superiore ed è più comodo da indossare.

Come schermo, nel prototipo viene utilizzato un foglio PETG di 0,5 mm di spessore, sebbene possano essere utilizzati altri materiali trasparenti e flessibili con uno spessore simile come fogli di acetato trasparente.

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Si consiglia di stampare in 3D con PETG con il 30% di riempimento, anche se è possibile utilizzare altri materiali come PLA o ABS. Per consegnarli ai centri sanitari è indispensabile sterilizzarli applicando un bagnomaria con candeggina (rapporto 50:1) e poi risciacquarli con acqua. In questo modo non comporteranno il rischio di possibili trasmissioni indirette per il personale sanitario.

Ventilatori e valvole

Data la carenza di ventilatori, diversi gruppi di ingegneri, in collaborazione con diverse istituzioni e personale sanitario, stanno sviluppando prototipi e fabbricando le diverse parti che li compongono utilizzando la stampa 3D.

È il caso del Barcelona Free Zone Consortium, che, insieme a HP, Leitat e SEAT, ha sviluppato un prototipo di ventilatore utilizzando la stampa 3D per fabbricarne le parti e sfruttando elementi come il motorino del tergicristallo di un'auto. Questo dispositivo è stato chiamato OxyGEN ed è già stato convalidato da esperti dell'ospedale Parc Taulí di Sabadell. Uno dei vantaggi di questo dispositivo è che la sua produzione è scalabile.

Un'altra possibile soluzione che si sta valutando è quella di utilizzare adattatori che consentano di utilizzare lo stesso respiratore per più pazienti, come il connettore “H” che Copper3D ha sviluppato. Un design che riduce al minimo il volume dello spazio morto ed evita possibili perdite d'aria dovute a connessioni non necessarie. Copper 3D consiglia di stampare in 3D questo dispositivo utilizzando PLActive, grazie alle sue proprietà antibatteriche e biocompatibilità.

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In diversi ospedali si denota la mancanza di alcuni elementi importanti relativi ai ventilatori e necessari nel trattamento di un paziente con complicanze respiratorie. È il caso della valvola Venturi, utilizzata per regolare la concentrazione di ossigeno che viene immesso nel paziente attraverso il ventilatore.

Ci sono diversi design disponibili per gli utenti, come questo dalla piattaforma Cults.

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Altre dispositivi

Oltre ai DPI e ai dispositivi specifici per il trattamento dei pazienti affetti da COVID-19, sono in fase di sviluppo diversi strumenti per prevenire il contagio per contatto indiretto a cui ogni persona è esposta nella sua attività quotidiana (maniglie di porte e finestre, pulsanti di porte, ascensori, eccetera.)

L'anello StopCovid-19 è un anello facile da stampare, progettato per premere interruttori e pulsanti senza toccarli fisicamente.

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Aziende come Materialise hanno sviluppato un dispositivo da agganciare alle maniglie delle porte, e poterle così aprire senza usare le mani. Diverse versioni di questo strumento possono essere scaricate gratuitamente sul suo sito Web, adattate a diversi formati di manico (cilindrico, rettangolare, circolare, ecc.)

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Unendo l'utilità dei due precedenti, c'è LU-Touch: uno strumento per aprire e chiudere porte e finestre e allo stesso tempo premere pulsanti e interruttori. LU-Touch può essere scaricato e stampato gratuitamente su qualsiasi stampante 3D FDM. Inoltre, se non si dispone di una stampante 3D, è possibile acquistarla già stampata.

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Grazie all'utilizzo di questi strumenti è possibile ridurre al minimo la possibilità di contagi dovuti a contatti indiretti nell'attività quotidiana. Per una maggiore sicurezza, è necessario disinfettare gli strumenti sempre dopo l'uso. Va inoltre ricordato che l'utilizzo di questo tipo di strumento non esonera dall'applicazione delle norme di sicurezza consigliate: lavarsi regolarmente le mani, non toccarsi il viso, ecc.

Materiali especifici

Tra i materiali specifici per la realizzazione di dispositivi di protezione individuale segnaliamo PLActive e MDFlex per le loro qualità antimicrobiche e antivirali.

Questo materiale è consigliato anche per la stampa di dispositivi di ingrandimento e valvole adattate agli autorespiratori.

Materiali comuni

Per la fabbricazione di schermi o valvole che, a causa del loro utilizzo, non devono essere composti da materiali biocompatibili o antibatterici, è possibile utilizzare materiali di base nella stampa 3D FDM come PLA o PETG; poiché questi elementi non richiedono proprietà specifiche, anche se è vero che richiedono una certa rigidità e non è consigliabile utilizzare materiali flessibili come Flexfill o FilaFlex.

Con questi file scaricabili gratuitamente, qualsiasi utente con una stampante 3D FDM e uno qualsiasi dei suddetti materiali può fare la propria parte per aiutare a fermare la pandemia, sia attraverso la produzione di dispositivi di protezione individuale (DPI) sia attraverso altri modi che consentono di evitare il contagio attraverso contatto indiretto con varie superfici a cui qualsiasi persona può essere esposta nella sua attività quotidiana.