Cómo hacer una máscara usando impresión 3D

En la situación actual, en la que nos enfrentamos a una pandemia mundial por la propagación del coronavirus COVID-19, creemos que cualquier aportación y ayuda que se pueda prestar desde cualquier ámbito puede ser sumamente importante, y están surgiendo iniciativas muy interesantes. del sector de la impresión 3D que creemos que son relevantes para difundir.

Durante los últimos días, son frecuentes las noticias sobre la escasez de mascarillas, un equipo de protección básico, sobre todo para los profesionales sanitarios, pero también para otras personas que pueden estar más expuestas al virus por su trabajo u otras circunstancias.

Por ello, el equipo de Copper3D, fabricante del filamento antibacteriano PLActive, ha compartido el diseño de una mascarilla válida para fabricar en prácticamente cualquier impresora 3D FDM y cuyo archivo STL está disponible de forma gratuita y descargable:

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Imagen 1:Diseño de máscara NanoHack. Fuente:3D Cobre.

Esta máscara tiene las siguientes características:

• Antimicrobiano y antiviral , siendo fabricado con PLActive, un nanocompuesto innovador desarrollado con un PLA de alta calidad y un aditivo de nano-cobre patentado, científicamente validado y altamente efectivo.
• Reciclable :El aumento del uso de mascarillas quirúrgicas desechables y respiradores tendrá un efecto perjudicial en el medio ambiente. Para evitar este efecto perjudicial en el ecosistema, usar el filamento PLActive para imprimir está consumiendo un material reciclable.
• Patrón plano , para facilitar su fabricación de forma masiva y en prácticamente cualquier impresora 3D FDM.
• Sistema de filtración modular :La mascarilla incorpora un novedoso sistema modular de filtración de partículas finas fabricado con un material que utiliza nanocompuestos de cobre de eficacia probada para desactivar virus. Este sistema de filtración incluye varias capas con diferentes geometrías para proporcionar una filtración eficaz de partículas finas. Además, puede adaptarse a materiales filtrantes de terceros, como propileno no tejido, esponjas o textiles.
• Capacidades de termoformado a 55 - 60 ºC, lo que permite dar la forma correcta a la anatomía de cualquier rostro simplemente utilizando un secador de pelo o agua tibia.
• Control de filtración y entrada de aire . Se ha demostrado que el uso prolongado de respiradores reduce la capacidad pulmonar. Estos respiradores de un solo uso no permiten regular la entrada de aire ni el tamaño de las partículas. Esta máscara incorpora un disco de filtro modular que puede regular efectivamente la entrada de aire y el tamaño de las partículas. Este sistema se puede personalizar utilizando propileno de filtración no tejido, ropa, esponjas y diferentes textiles para reducir el nivel de filtración.

La impresión 3D y el montaje de la mascarilla es muy sencillo, pero es importante seguir las siguientes instrucciones para un uso seguro:

1. Imprime las piezas con un 20 % de relleno, sin soporte ni balsas. Cada mascarilla consume unos 40 gramos de filamento, por lo que con una bobina de 750 gramos de PLActive 17-18 se pueden imprimir mascarillas.
2. Calentar la mascarilla a 55 - 60 ºC con secador de pelo o agua caliente. La parte circular debe estar intacta, por eso es más gruesa para evitar deformaciones.
3. Al suavizar, junte las alas de la nariz y las alas de ajuste ubicadas en la mandíbula inferior.
4. Vuelve a calentar y colócalo sobre el rostro para ajustarlo por completo a cada rostro.
5. Ingrese uno o dos filtros adicionales. Si usa filtro, puede usar una pieza circular (simple o doble) de una máscara convencional de propileno no tejido (A) o agregar una almohadilla desmaquillante de algodón (B), ajustándolas bien a la ventana del sistema de filtración. La filtración y el flujo de aire se pueden regular con combinaciones de estos elementos.
6. Agregue los elásticos para la sujeción.

Imagen 2:Instrucciones de montaje de NanoHack. Fuente:Cobre 3D.

Otra opción sería utilizar el antibacteriano flexible MD ¹ Filamento Flex, también fabricado por Copper3D, que al ser flexible, la máscara impresa no necesita ser calentada para su adaptación.

Por otro lado, hay que tener en cuenta que estas mascarillas, si bien son efectivas, tienen ciertas limitaciones, como un ciclo de vida corto (aproximadamente 8 horas). Los virus respiratorios, en concreto el SARS-Cov-2 (COVID-19) pueden llegar a vivir hasta 72 horas en diferentes superficies, ya que al final del día tendríamos una alta carga viral/bacteriana atrapada a tan solo unos milímetros de nuestra nariz y boca. , exponiéndonos aún más a estos peligrosos microbios.

Finalmente, queremos agradecer al proyecto NanoHack y a su equipo de científicos y diseñadores industriales de Estados Unidos y Chile por poner a disposición de la sociedad la descripción y los planos de su patente.

ACTUALIZACIÓN (20 de marzo) :Copper3D ha publicado un comunicado para resolver dudas sobre las certificaciones y usos de Nanohack. Ver publicación

ACTUALIZACIÓN (21 de marzo) :Nuevo comunicado de Copper3D, donde se afirma que la eficiencia de filtración de Nanohack es del 96,4 % para microorganismos de 1 micra y del 89,5 % para microorganismos de 0,02 micras. Además, detalla las especificaciones y configuraciones para la correcta impresión de Nanohack en prácticamente cualquier impresora 3D FDM. Ver publicación

NanoHack 2.0

Recientemente, el equipo de Copper3D ha compartido un nuevo diseño de máscara:NanoHack 2.0.

A diferencia de otros conceptos, NanoHack 2.0 se compone de una estructura monobloque fuerte y hermética, que debe ser impresa en 3D con PLActive para brindar la máxima protección contra el entorno externo. Para que la máscara sea impermeable, el marco está sellado con un borde impreso en 3D con MDFlex, un TPU antimicrobiano.

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Imagen 3:Diseño de máscara NanoHack 2.0. Fuente:Cobre 3D.

Consideraciones técnicas

La mascarilla NanoHack es un dispositivo creado con el propósito de ofrecer protección contra partículas en el aire y evitar la propagación de líquidos que contaminan las vías respiratorias.

A través de estudios sobre la eficacia de las mascarillas caseras, se ha detectado que los materiales filtrantes NanoHack (polipropileno no tejido, el mismo material que se utiliza en las mascarillas quirúrgicas), consiguen una eficacia de filtración del 96,4 % para microorganismos de 1 micra y del 89,5 % para microorganismos de 0,02 micras.

Según un estudio de la FDA de los Estados Unidos, el diseño de las mascarillas quirúrgicas comunes no permite una protección completa contra gérmenes y otros contaminantes debido a su ajuste holgado. Además, las mascarillas quirúrgicas son dispositivos de un solo uso que deben desecharse de forma segura. Las autoridades sanitarias recomiendan colocar estos elementos en una bolsa de plástico y tirarlos; así como lavarse las manos después de manipular la mascarilla usada. Investigaciones publicadas anteriormente han indicado que la alta carga viral que queda en las máscaras quirúrgicas y los respiradores puede ser una fuente de transmisión viral tanto para la persona que usa la máscara y los respiradores como para otros. Esto puede suceder cuando los inodoros tocan su mascarilla y luego no se lavan las manos o cuando desechan la mascarilla sin las precauciones de eliminación adecuadas. Además, los patógenos que son ignorados por los respiradores quirúrgicos en pacientes en el quirófano aumentan el riesgo de infecciones nosocomiales (infecciones adquiridas durante una estadía en el hospital). Por todo ello, la mascarilla NanoHack utiliza un polímero reciclable y biocompatible que contiene un nanocompuesto de cobre que ha demostrado propiedades antimicrobianas:PLActive.

Acerca de la actividad antimicrobiana del cobre, puede saber qué inhibe las capacidades de replicación y propagación del SARS-CoV, la influenza y otros virus respiratorios. Esto se debe a que tienen un alto potencial antimicrobiano (antiviral y antibacteriano).

Imagen 4:Actividad antiviral del cobre. Fuente:Cobre 3D.

Así, al igual que el cobre, se pueden inactivar virus como el SARS-CoV, Influenza virus, H1N1, y eliminar bacterias peligrosas como Staphylococcus aureus, Escherichia coli o Listeria entre otras, tras un breve periodo de exposición. Filamentos PLActive y MDflex del fabricante Copper3D be. una estrategia complementaria efectiva y de bajo costo para ayudar a reducir la transmisión de diversas enfermedades infecciosas al limitar la transmisión infecciosa nosocomial.
NanoHack fue concebido como una máscara facial antimicrobiana apta para impresión 3D en FDM y fabricada con materiales activos. Para su montaje se deben utilizar filtros activos de polipropileno no tejido (3 capas) para obtener una protección adicional frente a los microorganismos.

Según el estudio de Borkow G. (Neutralizing virus in suspensions using copper oxide-based blocks. Agentes antimicrobianos y quimioterapia), un filtro de tela no tejida impregnado con óxido de cobre es capaz de generar filtros de virus de diferentes tipos, incluidos los virus respiratorios.

Imagen 5:Diseño de filtros de máscara NanoHack 2.0. Fuente:Cobre 3D.

Para una protección óptima contra el medio ambiente, se recomienda utilizar el filtro de polipropileno no tejido de triple capa con nanocompuestos de cobre desarrollado por The Copper Company.

Imagen 6:Tabla de reducción de carga viral con filtros con partículas de cobre. Fuente:Cobre 3D.

Imagen 7:Imágenes de microscopio electrónico de barrido de fibras de polipropileno impregnadas con óxido de cobre. Fuente:Cobre 3D.

En caso de no tener acceso a este tipo de filtros, un estudio de Anna Davies analiza la eficiencia de filtros de diferentes materiales como filtros de vacío y fibras como el algodón o la seda:

Imagen 8:Tabla de efectividad de diferentes materiales como filtro. Fuente:Cobre 3D.

Recomendaciones de uso

El objetivo de NanoMask 2.0 es ofrecer a la población protección contra partículas en el aire y evitar la propagación de aerosoles líquidos que puedan contaminar las vías respiratorias. Tenga en cuenta que no es una máscara N95. Es una máscara facial y no debe considerarse como un EPP aprobado.

En relación con los profesionales sanitarios, este dispositivo debe utilizarse como último recurso:No se deben manipular intubaciones, ventilación mecánica, broncoscopias o procedimientos similares.

Esta mascarilla está diseñada para ser utilizada en espacios comunes, durante un máximo de 8 horas, y para cambiar el filtro de tela no tejida una vez al día. Después de manipular el filtro activo, debes lavarte las manos y seguir las precauciones recomendadas por las autoridades sanitarias.

Los consejos de limpieza para NanoMask son los siguientes:

1. Lavado : El dispositivo debe lavarse con agua y jabón.
2. Enjuague :Una vez lavado, se debe enjuagar bien con agua limpia.
3. Desinfectar :El equipo debe desinfectarse para inactivar cualquier patógeno restante. Para ello se debe utilizar desinfección química, no utilizando autoclave, ya que PLActive no tolera 80 ºC o más. Los métodos químicos y germicidas más accesibles se muestran a continuación:
1. Método 1:el alcohol es efectivo contra el virus de la influenza. El alcohol etílico (70%) es un poderoso germicida de amplio espectro y generalmente se considera superior al alcohol isopropílico. Dado que el alcohol es inflamable, limite su uso como desinfectante de superficies a superficies pequeñas y úselo solo en espacios bien ventilados.
2. Método:la mayoría de las soluciones de lejía de uso doméstico contienen hipoclorito de sodio al 5 % (50 000 partes por millón de cloro disponible). Dilución recomendada La recomendación habitual es una dilución 1:100 de hipoclorito de sodio al 5 %. Use 1 parte de lejía por 99 partes de agua fría del grifo (dilución 1:100) para desinfectar las superficies. Ajuste la proporción de lejía a agua según sea necesario para lograr la concentración adecuada de hipoclorito de sodio. Por ejemplo, para las preparaciones de lejía que contienen hipoclorito de sodio al 2,5 %, use el doble de lejía (es decir, 2 partes de lejía por 98 partes de agua).
4. Enjuague : Si usa desinfección química, enjuague con agua estéril o limpia (es decir, agua hervida durante 5 minutos y enfriada). Se prefiere el agua estéril para enjuagar el desinfectante químico líquido residual de un dispositivo respiratorio que ha sido desinfectado químicamente para su reutilización, porque el agua del grifo o destilada puede albergar microorganismos que pueden causar neumonía. Sin embargo, cuando no sea factible enjuagar con agua esterilizada, enjuague con agua del grifo o agua filtrada (es decir, agua pasada a través de un filtro de 0,2 μ). Se recomienda la desinfección por inmersión con un tiempo de contacto de 30 minutos.
5. Equipo seco :Siga el paso anterior con un enjuague con alcohol y secado con aire forzado.
6. Tienda :Almacene el equipo seco en paquetes cerrados.

NanoHack 2.2

Copper3D lanzó recientemente una actualización de la máscara NanoHack 2.0; el NanoHack 2.2.

Al igual que su antecesor, el NanoHack 2.2 está compuesto por una estructura monobloque. En esta nueva versión, está hecho de paredes constantes de 3 capas sin ángulos para fortalecer la estructura del dispositivo. Además, se ofrecen dos opciones para la estructura del filtro interno:Voronoi o Gyroid.

El tiempo total de impresión para NanoHack 2.2 es de 4 1/2 horas.

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Imagen 9:Diseño de máscara NanoHack 2.2. Fuente:Cobre 3D.

Las máscaras NanoHack 2.0 y NanoHack 2.2 están diseñadas para adaptarse a una cara de 12 cm de alto, medidos desde la punta del mentón hasta el plano de los ojos (una línea horizontal que pasa justo entre los ojos) y una distancia entre los pómulos (medida directamente en la nariz) también de 12 cm. Si tu rostro es más pequeño o más grande que estas medidas, se sugiere cambiar el tamaño del modelo en un 5 % o 10 % para que se ajuste perfectamente a tu rostro.