Como fazer uma máscara usando a impressão 3D

Na situação atual, em que estamos enfrentando uma pandemia global devido à disseminação do coronavírus COVID-19, pensamos que qualquer contribuição e ajuda que possa ser fornecida de qualquer campo possa ser extremamente importante, e do setor de impressão 3D estão surgindo iniciativas muito interessantes em 3D que achamos relevantes para se espalhar.

Nos últimos dias, são frequentes as notícias sobre a escassez de máscaras, um equipamento básico de proteção, principalmente para os profissionais de saúde, mas também para outras pessoas que, devido ao seu trabalho ou outras circunstâncias, podem estar mais expostas ao vírus.

Por esse motivo, a equipe da Copper3D, fabricante do filamento antibacteriano PLActive, compartilhou o desenho de uma máscara que é válida para a fabricação em praticamente qualquer impressora 3D FDM 3D e cujo arquivo STL está disponível para download livre e gratuito:

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Imagem 1: Desenho de mascarilla NanoHack. Fonte: Copper 3D.

Esta máscara tem as seguintes características:

• Antimicrobiano e antiviral, sendo fabricado com PLActive, um nanocompósito inovador desenvolvido com um PLA de alta qualidade e um aditivo nano-cobre patenteado, cientificamente validado e altamente eficaz.
• Reciclável: O aumento do uso de máscaras cirúrgicas descartáveis ​​e respiradores terá um efeito prejudicial ao meio ambiente. Para evitar esse efeito prejudicial no ecossistema, o uso do filamento PLActive para impressão está consumindo um material reciclável.
• Padrão plano, para facilitar sua fabricação de maneira massiva e em praticamente qualquer impressora 3D FDM.
• Sistema de filtragem modular: a máscara incorpora um novo sistema de filtragem modular para partículas finas feitas de um material que utiliza nanocompósitos de cobre comprovados para desativar vírus. Este sistema de filtragem inclui várias camadas com geometrias diferentes para fornecer uma filtragem eficaz de partículas finas. Além disso, ele pode acomodar materiais de filtro de terceiros, como propileno não tecido, esponjas ou têxteis.
• Capacidades de termoformação de 55 - 60 ºC, que permitem dar a forma correta da anatomia de qualquer rosto usando simplesmente um secador de cabelo ou água morna.
• Controle de filtração e entrada de ar. Foi demonstrado que o uso prolongado de respiradores reduz a capacidade pulmonar. Esses respiradores descartáveis ​​não permitem a regulação da entrada de ar ou do tamanho das partículas. Essa máscara incorpora um disco de filtro modular que pode regular efetivamente a entrada de ar e o tamanho das partículas. Esse sistema pode ser personalizado usando propileno de filtração não tecido, roupas, esponjas e tecidos diferentes para reduzir o nível de filtração.

A impressão 3D e a montagem da máscara são muito simples, mas é importante seguir as seguintes instruções para uso seguro:

1. Imprima as peças com 20 % de enchimento, sem suporte ou jangada. Cada máscara consome cerca de 40 gramas de filamento, portanto, com uma bobina de 750 gramas de PLActive poden ser impressas 17-18 máscaras.
2. Aqueça a máscara a 55 - 60 ºC com um secador de cabelo ou água quente. A parte circular deve estar intacta, por esse motivo é mais espessa para evitar deformações.
3. Ao amolecer, junte as asas do nariz e as asas de ajuste localizadas na mandíbula inferior.
4. Aqueça novamente e coloque-o no rosto para ajustá-lo totalmente a cada rosto.
5. Digite um ou dois filtros adicionais. Se estiver usando um filtro, você pode usar uma peça circular (simples ou dupla) de uma máscara de propileno não tecido convencional (A) ou adicionar uma almofada de remoção de maquiagem de algodão (B), encaixando-as bem na janela do sistema de filtragem. A filtragem e o fluxo de ar podem ser regulados com combinações desses elementos.
6. Adicione os elásticos para fixação.

Imagem 2: Instruções de montagem NanoHack. Fonte: Copper 3D.

Outra opção seria usar o filamento antibacteriano flexível MD¹ Flex, também fabricado por Copper3D, que, sendo flexível, a máscara impressa não precisa ser aquecida para adaptação.

Por outro lado, deve-se levar em consideração que essas máscaras, embora sejam eficazes, têm certas limitações, como um ciclo de vida curto (aproximadamente 8 horas). Os vírus respiratórios, especificamente o SARS-Cov-2 (COVID-19), podem viver até 72 horas em superfícies diferentes, porque no final do dia teríamos uma alta carga viral / bacteriana presa a poucos milímetros do nariz e da boca, nos expondo ainda mais a esses micróbios perigosos.

O projeto NanoHack e sua equipe de cientistas e designers industriais dos Estados Unidos e Chile devem agradecer por disponibilizar à sociedade a descrição e os planos de sua patente.

ATUALIZAÇÃO (20 de março): Copper3D publicou uma comunicação para solucionar dúvidas sobre as certificações e usos do Nanohack. Ver publicação

ATUALIZAÇÃO (21 de março): Nova comunicação de Copper3D, onde afirma que a eficiência de filtração do Nanohack é de 96.4 % para microorganismos de 1 mícron e 89.5 % para microorganismos de 0,02 mícron. Além disso, detalha as especificações e configurações para a impressão correta do Nanohack em praticamente qualquer impressora 3D FDM. Ver publicação

NanoHack 2.0

Recentemente, a equipa de Copper3D compartilhou um novo desenho de máscara: NanoHack 2.0.

A diferença de outros conceitos, NanoHack 2.0 está composto por uma estrutura monobloque, forte e hermética, que se deve imprimir em 3D com PLActive para proporcionar a máxima proteção contra o meio externo. Para conseguir que a máscara seja hermética, a estrutura se sela com uma borda impressa em 3D com MDFlex, um TPU antimicrobiano.

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Imagem 3: Desenho de mascarilla NanoHack 2.0. Fonte: Copper 3D.

Considerações técnicas

A máscara NanoHack é um dispositivo criado com o propósito de oferecer proteção contra partículas no ar e evita a propagación de líquidos que contaminam as vias respiratórias.

Através de estudos a respeito da eficácia das máscaras caseiras, demonstrou-se que os materiais de filtração de NanoHack (polipropileno não tecido, o mesmo material utilizado em mascarillas quirúrgicas), consegue uma eficiência de filtração do 96.4 % para microrganismos de 1 micra e de 89.5 % para microrganismos de 0.02 micras.

Segundo um estudo da FDA dos Estados Unidos, o desenho das mascarillas quirúrgicas comuns não permite uma proteção completa contra gérmenes e outros poluentes devido ao seu ajuste flojo. Além disso, as máscaras quirúrgicas são dispositivos de um só uso que se devem eliminar de forma segura. As autoridades sanitárias recomendam colocar estes artigos em uma saca de plástico e atirar ao lixo; bem como lavar-se as mãos após manipular a máscara usada. Investigações publicadas previamente indicaram que a alta carga viral que fica nas máscaras quirúrgicas e os respiradores pode ser uma fonte de transmissão viral tanto para a pessoa que usa a máscara ou os respiradores como para outros. Isto pode acontecer quando os sanitários tocam o seu mascarilla e depois não se lavam as mãos adequadamente ou quando se desfazem da máscara sem as precauções de eliminação adequadas. Além disso, os patogénicos que se desprendem dos respiradores quirúrgicos aos pacientes no quirófano aumentam o risco de infeções nosocomiales (infeções adquiridas durante a estadia em um hospital). Por todos estes motivos, a máscara NanoHack utiliza um polímero reciclável e biocompatible que contém um nanocompuesto de cobre que mostrou propriedades antimicrobianas: PLActive.

A respeito da atividade antimicrobiana do cobre, pode-se dizer que este inhibe as capacidades de replicação e propagación do SARS-CoV, Influenza e outros vírus respiratórios. Isto se deve a que têm um alto potencial antimicrobiano (antiviral e antibacteriano).

Imagem 4: Atividade antiviral do Cobre. Fonte: Copper 3D.

Assim, como o cobre pode inactivar vírus como SARS-CoV, vírus de Influenza, H1N1, e elimina bactérias perigosas como Staphylococcus aureus, Escherichia coli ou Listeria entre outras, após um curto período de exposição. Os filamentos PLActive e MDflex do fabricante Copper3D poderiam ser uma estratégia complementar efetiva e de baixo custo para ajudar a reduzir a transmissão de várias doenças infecciosas mediante limitação da transmissão infecciosa nosocomial.
NanoHack foi concebido como uma máscara facial antimicrobiana apta para impressão 3D em FDM e fabricada com materiais ativos. Para a sua montagem devem-se utilizar filtros ativos de polipropileno não tecido (3 capas) para obter uma proteção adicional contra os microrganismos.

Segundo o estudo de Borkow G. (Vírus neutralizantes em suspensões mediante filtros a base de óxido de cobre. Agentes antimicrobianos e quimioterapia), um filtro de teia não tecida impregnado com óxido de cobre é capaz de gerar filtração de vírus de diferentes tipos, incluídos os vírus respiratórios.

Imagem 5: Desenho de filtros mascarilla NanoHack 2.0. Fonte: Copper 3D.

Para conseguir uma proteção ótima em frente ao meio, recomenda-se utilizar o filtro de polipropileno não tecido de triplo capa com nano-compósitos de cobre desenvolvido por The Copper Company.

Imagem 6: Tabela de redução de carga viral com os filtros com partículas de cobre.. Fonte: Copper 3D.

Imagem 7: Escaneo de imagens de microscópio eletrónico das fibras de polipropileno impregnadas com óxido de cobre. Fonte: Copper 3D.

Em caso de não ter acesso a este tipo de filtro, um estudo de Anna Davies analisa a eficienciade filtrado de diferentes materiais como filtros de aspiradora e fibras como o algodão ou a seda:

Imagem 8: Tabela de efetividade de diferentes materiais como filtro. Fonte: Copper 3D.

Recomendações de uso

O objetivo de NanoMask 2.0 é oferecer à população proteção contra as partículas no ar e evitar a propagación de aerosoles líquidos que poderiam contaminar as vias respiratórias. Deve-se ter em conta que não é uma máscara N95. É uma máscara facial e não deve se considerar como um EPI homologado.

Em relação aos profissionais da saúde, este dispositivo deve-se utilizar como último recurso: Não se devem manipular intubaciones, ventilação mecânica ou realizar broncoscopias ou procedimentos similares.

Esta  máscara está desenhada para ser usada em espaços comuns, durante um máximo de 8 horas, e mudar o filtro não tecido uma vez ao dia. Após manipular o filtro ativo, devem-se lavar as mãos e seguir as precauções recomendadas pelas autoridades sanitárias.

Os conselhos de limpeza para NanoMask são os seguintes:

1. Lavagem: Deve-se lavar o dispositivo com água e sabão.
2. Enxaguadura: Uma vez lavado, deve-se enxaguar bem com água limpa.
3. Desinfeção: Deve-se desinfetar a equipa para inactivar qualquer patogénico restante. Para isso, se deve utilizar desinfeção química, não utilizar autoclave, já que PLActive não tolera 80 ºC ou mais. A seguir, mostram-se os métodos químicos e germicidas mais acessíveis:
1. Método 1: O álcool é eficaz contra o vírus da gripe. O álcool etílico (70%) é um potente germicida de amplo espetro e geralmente considera-se superior ao álcool isopropílico. Como o álcool é inflamável, se deve limitar o seu uso como desinfetante de superfícies a superfícies pequenas e se deve utilizar só em espaços bem ventilados. O uso prolongado e repetido de álcool como desinfetante também pode causar decoloración, hinchazón, endurecimento e agrietamiento da borracha e certos plásticos.
2. Método 2: a maioria das soluções de lixívia doméstica contêm hipoclorito de sodio ao 5% (50,000 partes por milhão de cloro disponível). Dilución recomendada: a dilución 1: 100 de hipoclorito de sodio ao 5 % é a recomendação habitual. Use 1 parte de cloro por 99 partes de água fria do grifo (dilución 1: 100) para desinfetar as superfícies. Ajuste a proporção de lixívia a água segundo seja necessário para conseguir a concentração adequada de hipoclorito de sodio. Por exemplo, para as preparações de lixívia que contêm hipoclorito de sodio ao 2.5 %, use o duplo de lixívia (isto é, 2 partes de lixívia por 98 partes de água).
4. Enxaguadura: Se utiliza-se desinfeção química, deve-se enxaguar com água estéril ou limpa (isto é, água fervida durante 5 minutos e arrefecida). Prefere-se a água estéril para enxaguar o desinfetante químico líquido residual de um dispositivo respiratório que foi desinfetado quimicamente para a sua reutilização, porque a água corrente ou destilada pode albergar microrganismos que podem causar pneumonia. No entanto, quando não é possível enxaguar com água estéril, enxaguadura com água corrente ou água filtrada (isto é, água que passa através de um filtro de 0.2 ?). Recomenda-se a desinfeção por imersão com um tempo de contacto de 30 minutos.
5. Secado: Seguir o passo anterior mediante uma enxaguadura com álcool e secado ao ar forçado.
6. Armazenado: Finalmente, deve-se armazenar a equipa seca em pacotes fechados.

NanoHack 2.2

Recentemente, Copper 3D lançou uma atualização da máscara NanoHack 2.0; a NanoHack 2.2.

Ao igual que a sua predecessora, a NanoHack 2.2 se compõe de uma estrutura monobloque. Nesta nova versão, as paredes estão compostas por 3 capas e reduzem-se os ângulos para fortalecer a estrutura do dispositivo. Além disso, oferecem-se duas opções para a estrutura do filtro interno: Voronoi ou Gyroid.

O tempo total de impressão de NanoHack 2.2 é de 4 horas e meia.

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Imagem 9: Desenho de mascarilla NanoHack 2.2. Fonte: Copper 3D.

Deve-se ter em conta que as máscara NanoHack 2.0 e NanoHack 2.2 estão desenhadas para ajustar a uma cara de 12 cm de altura, medido desde a ponta da barbilla até o plano ocular (uma linha horizontal que passa justo entre os olhos) e uma distância entre os pómulos (medido diretamente sobre o nariz) também 12 cm. Se a sua cara é mais pequena ou maior que estas medidas, se sugere mudar o tamanho do modelo em um 5% ou 10% pára que se ajuste perfeitamente à sua cara.