Impressão 3D para combater o COVID-19

Dada a atual situação de emergência que se vive devido à propagação do COVID-19 coronavírus, grandes iniciativas e soluções estão surgindo a partir da solidariedade e inovação, principalmente para amenizar a escassez de equipamentos médicos e equipamentos de proteção individual (EPI).

Da impressão 3D setor, são muitos os engenheiros e fabricantes de materiais que, junto com médicos especialistas, trabalham para projetar modelos de EPIs (equipamentos de proteção individual) que ajudem a preservar a saúde dos sanitários e facilitem seu trabalho, assim como no desenvolvimento de diversos protótipos como válvulas, conectores de respiradores ou respiradores assistidos e outros dispositivos que ajudem a mitigar a escassez de equipamentos médicos.

Além disso, muitas comunidades de criadores lançaram suas impressoras 3D para fabricar esses dispositivos. Na Espanha, surgiu a iniciativa Coronavirus Makers, uma plataforma sem fins lucrativos com milhares de voluntários. Iniciativas semelhantes podem ser encontradas em países como Alemanha, Itália, Chile, Argentina ou Colômbia.

Abaixo, compilamos vários designs de equipamentos de proteção e suprimentos médicos que foram disponibilizados ao público gratuitamente por diferentes empresas e associações, e podem ser baixados em formato STL e impressos em praticamente qualquer impressora FDM.

Deve-se ter em conta que alguns dos modelos não estão homologados ou aprovados pelas respetivas autoridades sanitárias e que, dependendo de cada zona ou país, os requisitos de fabrico para conseguir esta homologação podem variar.

Máscaras

Tanto nas plataformas de recursos de impressão 3D como em várias páginas de empresas do setor 3D, estão a ser partilhados diferentes modelos de máscaras para impressão 3D em qualquer tipo de impressora 3D FDM.

Deve-se enfatizar que essas máscaras , exceto que possuem os filtros necessários, servem apenas como uma barreira física contra o vírus , além de ajudar a não espalhá-lo em caso de infecção.

Há alguns dias compartilhamos o design da máscara Nanohack desenvolvida pelo Copper3D equipe e que recentemente compartilhou a atualização do design da referida máscara:NanoHack 2.0, com uma estrutura monobloco, forte e hermética , que deve ser fabricado com filamentos antibacterianos PLActive e MDFlex para proporcionar a máxima proteção contra o ambiente externo.

PLActive é um polímero reciclável e biocompatível que contém um nanocompósito de cobre com propriedades antimicrobianas.

Graças ao seu design, NanoHack 2.0 é um dispositivo que oferece proteção contra partículas no ar e evita a propagação de líquidos que contaminam as vias respiratórias. O NanoHack utiliza o mesmo material utilizado nas máscaras cirúrgicas (não tecido de polipropileno) como sistema de filtragem. Para uma proteção ideal, é recomendável usar um filtro de polipropileno não tecido de camada tripla. Este filtro está embutido na máscara. Assim, de acordo com vários estudos, uma eficiência de filtração de 96,4% é alcançada para microorganismos de 1 mícron e 89,5% para microorganismos de 0,02 mícrons.

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Protetores faciais

Você pode encontrar inúmeros modelos de viseiras e protetores faciais na internet. Prusa desenvolveu vários protótipos, que foram verificados com o Ministério da Saúde Tcheco. Por fim, apresentaram duas versões de tela:RC1 e RC2.

Este projeto de tela consiste em uma estrutura rígida com uma folha plástica de acetato flexível e transparente. A estrutura rígida é impressa em 3D e a folha de acetato de plástico é então adaptada como uma tela. The RC1 version allows more parts to be printed in the same printing process, while the RC2 version provides slightly higher protection and is more comfortable to wear.

As a screen, the prototype uses a 0.5mm thick PETG sheet, although other transparent and flexible materials with a similar thickness can be used such as clear acetate sheets.

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3D printing with PETG with 30 % fill is recommended, although other materials such as PLA or ABS can be used. In order to deliver them to health centers, it's essential to sterilize them by applying a water bath with bleach (Ratio 50:1) and then rinse them with water. In this way, they will not carry the risk of possible indirect transmissions for healthcare personnel.

Respirators and valves

Given the shortage of self-contained respirators, several groups of engineers, in collaboration with different institutions and healthcare personnel, are developing prototypes and manufacturing the different parts that compose them using 3D printing.

This is the case of the Barcelona Free Trade Zone Consortium that, together with HP, Leitat, and SEAT, have developed a prototype of a respirator using 3D printing to manufacture its parts and taking advantage of elements such as a car's windshield wiper motor. This device has been named OxyGEN and has already been validated by experts from the Parc Taulí hospital in Sabadell. One of the advantages of this device is that its production is scalable.

Another possible solution that arises is to use adapters that allow the same respirator to be used for several patients, such as the “H” connector that Copper3D has developed. A design that minimizes dead space volume and prevents possible air leakage due to unnecessary connections. Copper 3D recommends 3D printing of this device using PLActive, for its antibacterial properties and biocompatibility.

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In several hospitals there is a lack of some important elements related to respirators and necessary when treating a patient with respiratory complications. This is the case of the Venturi valve , used to regulate the oxygen concentration that is introduced to the patient through the respirator.

There are several designs available to users, such as this one from the Cults platform.

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Other devices

In addition to PPE and specific devices for the treatment of patients affected by COVID-19, different tools are being developed to avoid the contagion by indirect contact to which anyone is exposed in their daily activity (door and window handles, buttons for elevators, etc.).

The StopCovid-19 ring is an easy to print ring, designed to press switches and buttons without physically touching them.

Download STL from Cults

Companies like Materialise have developed a device for attaching to door handles, so that they can be opened without using your hands. Different versions of this tool, adapted to different handle formats (cylindrical, rectangular, circular, etc.) can be downloaded free of charge from its website.

Download STL from Materialise

Combining the usefulness of the previous two, there is LU-Touch :A tool for opening and closing doors and windows, and at the same time a push-button for buttons and switches. LU-Touch can be downloaded for free and printed on any 3D FDM printer. In addition, if you do not have a 3D printer, it can be purchased already printed.

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Thanks to the use of these tools, it's possible to minimize the possibility of contagion due to indirect contacts in daily activity. For greater safety, it's necessary to disinfect the tools always after use. It should also be remembered that the use of this type of tool does not exempt from applying the recommended safety rules:wash your hands regularly, do not touch your face, etc.

Specific materials

Among the specific materials to manufacture personal protective equipment, we highlight PLActive and MDFlex for their antimicrobial and antiviral qualities. This material is also recommended for printing expansion devices and valves adapted to self-contained respirators.

Common materials

For the manufacture of screens or valves that, due to their use, do not need to be composed of biocompatible or antibacterial materials, basic materials can be used in 3D FDM printing, such as PLA or PETG; since these elements do not require specific properties, although it's true that they require some rigidity and it's not recommended to use flexible materials such as Flexfill or FilaFlex.

With these free download files, any user with a FDM 3D printer and any of the aforementioned materials can contribute their bit to help stop the pandemic and the alarming situation we are currently experiencing.