Como fazer uma máscara usando impressão 3D

Na situação atual, em que enfrentamos uma pandemia global devido à propagação do coronavírus COVID-19, acreditamos que qualquer contribuição e ajuda que possa ser prestada em qualquer campo pode ser extremamente importante, e estão surgindo iniciativas muito interessantes do setor de impressão 3D que acreditamos serem relevantes para divulgar.

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

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

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Imagem 1:Design de máscara NanoHack. Fonte:Cobre 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 de nanocobre patenteado, cientificamente validado e altamente eficaz.
• Reciclável :O aumento do uso de máscaras cirúrgicas e respiradores descartáveis ​​terá um efeito prejudicial ao meio ambiente. Para evitar esse efeito prejudicial ao ecossistema, usar o filamento PLActive para impressão está consumindo um material reciclável.
• Padrão plano , para facilitar sua fabricação de forma 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 usa nanocompósitos de cobre comprovados para desativar vírus. Este sistema de filtragem inclui várias camadas com diferentes geometrias para fornecer filtragem eficaz de partículas finas. Além disso, pode acomodar materiais filtrantes de terceiros, como propileno não tecido, esponjas ou tecidos.
• Recursos de termoformagem a 55 - 60 ºC, o que permite dar a forma correta da anatomia de qualquer rosto simplesmente usando um secador de cabelo ou água morna.
• Controle de filtragem e entrada de ar . Foi demonstrado que o uso prolongado de respiradores reduz a capacidade pulmonar. Esses respiradores de uso único não permitem a regulação da entrada de ar ou do tamanho das partículas. Esta máscara incorpora um disco de filtro modular que pode efetivamente regular a entrada de ar e o tamanho das partículas. Este sistema pode ser personalizado usando propileno filtrante não tecido, roupas, esponjas e diferentes tecidos 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 uma utilização segura:

1. Imprimir as peças com 20% de enchimento, sem suporte ou travessas. Cada máscara consome cerca de 40 gramas de filamento, portanto, com uma bobina de 750 gramas de PLActive 17-18, as máscaras podem ser impressas.
2. Aqueça a máscara a 55 - 60 ºC com um secador de cabelo ou água quente. A parte circular deve estar intacta, por isso é mais grossa para evitar deformações.
3. Ao suavizar, 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. Insira um ou dois filtros adicionais. Se estiver usando um filtro, pode-se usar uma peça circular (simples ou dupla) de uma máscara de propileno não tecido convencional (A) ou adicionar um demaquilante de algodão (B), encaixando-os 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 do NanoHack. Fonte:Cobre 3D.

Outra opção seria usar o antibacteriano flexível MD ¹ Filamento Flex, também fabricado pela Copper3D, que por ser flexível, a máscara impressa não precisa ser aquecida para adaptação.

Por outro lado, deve-se levar em consideração que essas máscaras, embora sejam eficazes, apresentam 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 diferentes superfícies, pois ao final do dia teríamos uma alta carga viral/bacteriana presa a apenas alguns milímetros de nosso nariz e boca. , expondo-nos ainda mais a esses micróbios perigosos.

Por fim, queremos agradecer ao projeto NanoHack e sua equipe de cientistas e designers industriais dos Estados Unidos e do Chile por disponibilizar à sociedade a descrição e os planos de sua patente.

ATUALIZAÇÃO (20 de março) :A Copper3D publicou um comunicado para dirimir dúvidas sobre as certificações e usos do Nanohack. Ver publicação

ATUALIZAÇÃO (21 de março) :Nova comunicação da Copper3D, onde afirma que a eficiência de filtração do Nanohack é de 96,4% para microrganismos de 1 mícron e 89,5% para microrganismos de 0,02 mícrons. 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 equipe Copper3D compartilhou um novo design de máscara:NanoHack 2.0.

Ao contrário de outros conceitos, o NanoHack 2.0 é composto por uma estrutura monobloco forte e hermética, que deve ser impressa em 3D com PLActive para fornecer a máxima proteção contra o ambiente externo. Para tornar a máscara estanque, a armação é selada com uma borda impressa em 3D com MDFlex, um TPU antimicrobiano.

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Imagem 3:Design de máscara NanoHack 2.0. Fonte:Cobre 3D.

Considerações técnicas

A máscara NanoHack é um dispositivo criado com a finalidade de oferecer proteção contra partículas no ar e evitar a propagação de líquidos que contaminam as vias respiratórias.

Por meio de estudos sobre a eficácia de máscaras caseiras, foi detectado que os materiais filtrantes NanoHack (não tecido de polipropileno, o mesmo material usado em máscaras cirúrgicas), atingem uma eficiência de filtração de 96,4% para microorganismos de 1 mícron e 89,5% para microorganismos de 0,02 mícrons.

De acordo com um estudo do FDA dos Estados Unidos, o desenho das máscaras cirúrgicas comuns não permite proteção completa contra germes e outros contaminantes devido ao seu ajuste folgado. Além disso, as máscaras cirúrgicas são dispositivos de uso único que devem ser descartados com segurança. As autoridades de saúde recomendam colocar esses itens em um saco plástico e jogá-los fora; bem como lavar as mãos após manusear a máscara usada. Pesquisas publicadas anteriormente indicaram que a alta carga viral remanescente em máscaras cirúrgicas e respiradores pode ser uma fonte de transmissão viral tanto para a pessoa que usa máscara quanto para os respiradores e para outras pessoas. Isso pode acontecer quando os toaletes tocam sua máscara e depois não lavam as mãos ou quando descartam a máscara sem as devidas precauções de descarte. Além disso, os patógenos negligenciados pelos respiradores cirúrgicos em pacientes na sala de cirurgia aumentam o risco de infecções nosocomiais (infecções adquiridas durante a internação hospitalar). Por todas estas razões, a máscara NanoHack utiliza um polímero reciclável e biocompatível que contém um nanocompósito de cobre que demonstrou propriedades antimicrobianas:PLActive.

Sobre a atividade antimicrobiana do cobre, você pode dizer o que inibe a capacidade de replicação e disseminação do SARS-CoV, Influenza e outros vírus respiratórios. Isso porque possuem alto potencial antimicrobiano (antiviral e antibacteriano).

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

Assim, como o cobre pode inativar vírus como SARS-CoV, vírus Influenza, H1N1, e eliminar bactérias perigosas como Staphylococcus aureus, Escherichia coli ou Listeria entre outras, após um curto período de exposição. Filamentos PLActive e MDflex do fabricante Copper3D be. uma estratégia complementar eficaz e de baixo custo para ajudar a reduzir a transmissão de várias doenças infecciosas, limitando a transmissão infecciosa nosocomial.
NanoHack foi concebido como uma máscara facial antimicrobiana adequada para impressão 3D em FDM e fabricada com materiais ativos. Para sua montagem, devem ser utilizados filtros ativos de polipropileno não tecido (3 camadas) para obter proteção adicional contra microorganismos.

De acordo com o estudo de Borkow G. (Neutralizando vírus em suspensões usando filtros à base de óxido de cobre. Agentes antimicrobianos e quimioterapia), um filtro de tecido não tecido impregnado com óxido de cobre é capaz de gerar filtros de vírus de diferentes tipos, incluindo vírus respiratórios.

Imagem 5:Projeto de filtros de máscara NanoHack 2.0. Fonte:Cobre 3D.

Para proteção ideal contra o meio ambiente, é recomendável usar o filtro de polipropileno não tecido de camada tripla com nanocompósitos de cobre desenvolvido pela The Copper Company.

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

Imagem 7:Imagens de microscopia eletrônica de varredura de fibras de polipropileno impregnadas com óxido de cobre. Fonte:Cobre 3D.

Caso não tenha acesso a esse tipo de filtro, um estudo de Anna Davies analisa a eficiência de filtros de diferentes materiais como filtros a vácuo e fibras como algodão ou seda:

Imagem 8:Tabela de eficácia de diferentes materiais como filtro. Fonte:Cobre 3D.

Recomendações de uso

O objetivo da NanoMask 2.0 é oferecer proteção à população contra partículas no ar e evitar a disseminação de aerossóis líquidos que possam contaminar as vias respiratórias. Observe que não é uma máscara N95. É uma máscara facial e não deve ser considerada um EPI aprovado.

Em relação aos profissionais de saúde, este dispositivo deve ser usado como último recurso:Intubações, ventilação mecânica ou broncoscopias ou procedimentos semelhantes não devem ser manipulados.

Esta máscara foi projetada para ser usada em espaços comuns, por no máximo 8 horas, e para trocar o filtro não tecido uma vez ao dia. Depois de manusear o filtro ativo, deve lavar as mãos e seguir as precauções recomendadas pelas autoridades de saúde.

As dicas de limpeza para NanoMask são as seguintes:

1. Lavar : O dispositivo deve ser lavado com água e sabão.
2. Enxaguar :Depois de lavado, deve ser bem enxaguado com água limpa.
3. Desinfetar :O equipamento deve ser desinfetado para inativar quaisquer patógenos remanescentes. Para isso, deve-se utilizar a desinfecção química, não utilizando autoclave, pois PLActive não tolera temperatura igual ou superior a 80 ºC. Os métodos químicos e germicidas mais acessíveis são mostrados abaixo:
1. Método 1:O álcool é eficaz contra o vírus influenza. O álcool etílico (70%) é um poderoso germicida de amplo espectro e geralmente é considerado superior ao álcool isopropílico. Como o álcool é inflamável, limite seu uso como desinfetante de superfície a pequenas superfícies e use apenas em espaços bem ventilados.
2. Método:A maioria das soluções de alvejante doméstico contém 5% de hipoclorito de sódio (50.000 partes por milhão de cloro disponível). Diluição recomendada : 1:A diluição de 100 de hipoclorito de sódio a 5% é a recomendação usual. Use 1 parte de alvejante para 99 partes de água fria da torneira (diluição de 1:100) para desinfetar as superfícies. Ajuste a proporção de alvejante para água conforme necessário para atingir a concentração adequada de hipoclorito de sódio. Por exemplo, para preparações de alvejante contendo 2,5% de hipoclorito de sódio, use o dobro de alvejante (ou seja, 2 partes de alvejante para 98 partes de água).
4. Enxaguar : Se estiver usando desinfecção química, enxágue com água estéril ou limpa (ou seja, água fervida por 5 minutos e resfriada). A água estéril é preferida para enxaguar o desinfetante químico líquido residual de um dispositivo respiratório que foi desinfetado quimicamente para reutilização, porque a água da torneira ou destilada pode abrigar microorganismos que podem causar pneumonia. No entanto, quando o enxágue com água estéril não for viável, em vez disso, enxágue com água da torneira ou água filtrada (ou seja, água passada por um filtro de 0,2 μ). A desinfecção por imersão é recomendada com um tempo de contato de 30 minutos.
5. Equipamento seco :Siga a etapa anterior com um enxágue com álcool e secagem com ar forçado.
6. Loja :Armazene o equipamento seco em embalagens fechadas.

NanoHack 2.2

Copper3D lançou recentemente uma atualização para a máscara NanoHack 2.0; o NanoHack 2.2.

Como seu antecessor, o NanoHack 2.2 é composto por uma estrutura monobloco. Nesta nova versão, é feito de paredes constantes de 3 camadas sem ângulos para fortalecer a estrutura do dispositivo. Além disso, são oferecidas duas opções para a estrutura do filtro interno:Voronoi ou Gyroid.

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

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Imagem 9:Projeto de máscara NanoHack 2.2. Fonte:Cobre 3D.

As máscaras NanoHack 2.0 e NanoHack 2.2 foram projetadas para caber em um rosto de 12 cm de altura, medido da ponta do queixo ao plano dos olhos (uma linha horizontal que passa exatamente entre os olhos) e uma distância entre as maçãs do rosto (medida diretamente no nariz). também 12cm. Se o seu rosto for menor ou maior que essas medidas, sugere-se redimensionar o modelo em 5% ou 10% para ajustar-se perfeitamente ao seu rosto.