3D 프린팅으로 마스크 만드는 방법

코로나바이러스 COVID-19의 확산으로 인해 전 세계적인 팬데믹에 직면한 현 상황에서, 우리는 어떤 분야에서든 제공될 수 있는 모든 기여와 도움이 매우 중요할 수 있다고 믿으며, 매우 흥미로운 이니셔티브가 떠오르고 있습니다. 확산과 관련이 있다고 생각되는 인쇄 부문 3D에서.

마지막 며칠 동안, 특히 의료 전문가뿐만 아니라 업무 또는 기타 상황으로 인해 바이러스에 더 많이 노출될 수 있는 다른 사람들을 위한 기본 보호 장비인 마스크 부족에 대한 뉴스가 자주 발생합니다.

이러한 이유로 항균 PLActive 필라멘트 제조업체인 Copper3D 팀은 거의 모든 3D FDM 프린터에서 제조할 수 있고 STL 파일을 무료로 다운로드할 수 있는 마스크의 디자인을 공유했습니다.

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이미지 1:NanoHack 마스크 디자인. 출처:3D Copper.

이 마스크에는 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 항균제 및 항바이러스제 , 고품질 PLA와 특허를 받고 과학적으로 검증된 매우 효과적인 나노 구리 첨가제로 개발된 혁신적인 나노복합체인 PLActive로 제조됩니다.
• 재활용 가능 :일회용 수술용 마스크와 인공호흡기의 사용 증가는 환경에 해로운 영향을 미칠 것입니다. 생태계에 대한 이러한 해로운 영향을 피하기 위해 인쇄용 PLActive 필라멘트를 사용하는 것은 재활용 가능한 재료를 소비하는 것입니다.
• 플랫 패턴 , 거의 모든 3D FDM 프린터에서 방대한 방식으로 제조를 용이하게 합니다.
• 모듈식 여과 시스템 :마스크는 바이러스를 비활성화하기 위해 검증된 구리 나노복합 재료를 사용하는 재료로 만든 미세 입자를 위한 새로운 모듈식 여과 시스템을 통합합니다. 이 여과 시스템은 미세 입자의 효과적인 여과를 제공하기 위해 기하학적 구조가 다른 여러 층을 포함합니다. 또한 부직포 프로필렌, 스폰지 또는 직물과 같은 타사 필터 재료를 수용할 수 있습니다.
• 열성형 기능 55 - 60ºC에서 헤어드라이어나 따뜻한 물을 사용하여 어떤 얼굴이든 정확한 모양을 만들 수 있습니다.
• 여과 제어 및 흡기 . 호흡보호구의 장기간 사용은 폐활량을 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이 일회용 호흡보호구는 공기 흡입 또는 입자 크기를 조절할 수 없습니다. 이 마스크에는 공기 흡입과 입자 크기를 효과적으로 조절할 수 있는 모듈식 필터 디스크가 통합되어 있습니다. 이 시스템은 여과 수준을 낮추기 위해 부직포 여과 프로필렌, 의류, 스폰지 및 다양한 직물을 사용하여 맞춤화할 수 있습니다.

마스크의 3D 프린팅 및 조립은 매우 간단하지만 안전한 사용을 위해 다음 지침을 따르는 것이 중요합니다.

1. 지지대나 뗏목 없이 20% 충전으로 조각을 인쇄합니다. 각 마스크는 약 40g의 필라멘트를 소비하므로 750g 코일로 PLActive 17-18 마스크를 인쇄할 수 있습니다.
2. 헤어드라이어나 뜨거운 물로 마스크를 55~60ºC로 가열합니다. 원형 부분은 손상되지 않아야 하므로 변형을 방지하기 위해 두껍습니다.
3. 부드러울 때 아래턱에 위치한 콧날개와 조정날개를 맞춥니다.
4. 다시 열을 가한 후 얼굴에 올려 각 얼굴에 맞게 충분히 조절합니다.
5. 하나 또는 두 개의 추가 필터를 입력합니다. 필터를 사용하는 경우 기존의 프로필렌 부직포 마스크(A)의 원형 조각(싱글 또는 더블)을 사용하거나 화장솜 패드(B)를 추가하여 여과 시스템의 창에 잘 맞출 수 있습니다. 여과 및 공기 흐름은 이러한 요소의 조합으로 조절될 수 있습니다.
6. 고정을 위해 고무줄을 추가합니다.

이미지 2:NanoHack 조립 지침. 출처:Copper 3D.

또 다른 옵션은 유연한 항균 MD ¹ 를 사용하는 것입니다. 역시 Copper3D에서 제조한 플렉스 필라멘트는 유연하기 때문에 적응을 위해 인쇄된 마스크를 가열할 필요가 없습니다.

한편, 이러한 마스크는 효과적이지만 짧은 수명 주기(약 8시간)와 같은 일정한 제한이 있다는 점을 고려해야 합니다. 호흡기 바이러스, 특히 SARS-Cov-2(COVID-19)는 서로 다른 표면에서 최대 72시간 동안 생존할 수 있습니다. 하루가 끝나면 코와 입에서 불과 몇 밀리미터에 높은 바이러스/박테리아 부하가 갇히게 되기 때문입니다. , 위험한 미생물에 우리 자신을 더 노출시킵니다.

마지막으로, NanoHack 프로젝트와 미국과 칠레의 과학자 및 산업 디자이너 팀이 특허에 대한 설명과 계획을 사회에 제공한 데 대해 감사드립니다.

업데이트(3월 20일) :Copper3D는 Nanohack의 인증 및 사용에 대한 의심을 해결하기 위해 커뮤니케이션을 게시했습니다. 간행물 보기

업데이트(3월 21일) :Nanohack의 여과 효율이 1미크론 미생물의 경우 96.4%이고 0.02미크론 미생물의 경우 89.5%라고 하는 Copper3D의 새로운 커뮤니케이션입니다. 또한 거의 모든 3D FDM 프린터에서 Nanohack을 올바르게 인쇄하기 위한 사양 및 구성에 대해 자세히 설명합니다. 간행물 보기

나노핵 2.0

최근 Copper3D 팀은 새로운 마스크 디자인인 NanoHack 2.0을 공유했습니다.

다른 개념과 달리 NanoHack 2.0은 강력하고 밀폐된 모노블록 구조로 구성되어 있으며 외부 환경에 대한 최대 보호를 제공하려면 PLActive로 3D 프린팅해야 합니다. 마스크를 방수 처리하기 위해 항균 TPU인 MDFlex로 3D 인쇄 가장자리로 프레임을 밀봉합니다.

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이미지 3:NanoHack 2.0 마스크 디자인. 출처:Copper 3D.

기술적 고려 사항

NanoHack 마스크는 공기 중의 입자로부터 보호하고 기도를 오염시키는 액체의 확산을 방지하기 위해 만들어진 장치입니다.

집에서 만든 마스크의 유효성에 대한 연구를 통해 NanoHack 필터 소재(부직포 폴리프로필렌, 수술용 마스크에 사용되는 동일한 소재)는 1미크론의 미생물에 대해 96.4%의 여과 효율을 달성하고 89.5%의 미생물에 대해 여과 효율을 달성하는 것으로 밝혀졌습니다. 0.02 미크론의 미생물용입니다.

미국 식품의약국(FDA)의 연구에 따르면 일반적인 수술용 마스크의 디자인은 느슨한 핏으로 인해 세균 및 기타 오염 물질에 대한 완전한 보호를 허용하지 않습니다. 또한 수술용 마스크는 안전하게 폐기해야 하는 일회용 장치입니다. 보건 당국은 이러한 품목을 비닐 봉지에 넣고 버릴 것을 권장합니다. 사용한 마스크를 다룬 후 손을 씻는 것. 이전에 발표된 연구에 따르면 수술용 마스크와 인공호흡기에 남아 있는 높은 바이러스 부하가 마스크 착용자와 인공호흡기 및 다른 사람 모두에게 바이러스 전파의 원인이 될 수 있습니다. 이는 변기가 마스크에 닿은 후 손을 씻지 않거나 적절한 폐기 예방 조치 없이 마스크를 폐기할 때 발생할 수 있습니다. 또한, 수술실에서 환자의 수술용 호흡기에 의해 무시되는 병원체는 병원내 감염(입원 중 감염)의 위험을 증가시킵니다. 이러한 모든 이유로 NanoHack 마스크는 항균 특성을 보인 구리 나노복합물인 PLActive를 포함하는 재활용 가능하고 생체 적합성 폴리머를 사용합니다.

구리의 항균 활동에 대해 무엇이 SARS-CoV, 인플루엔자 및 기타 호흡기 바이러스의 복제 및 확산 능력을 억제하는지 알 수 있습니다. 항균 잠재력(항바이러스 및 항박테리아)이 높기 때문입니다.

이미지 4:구리 항바이러스 활동. 출처:Copper 3D.

따라서 구리는 SARS-CoV, 인플루엔자 바이러스, H1N1과 같은 바이러스를 불활성화하고 황색포도상구균, 대장균 또는 리스테리아와 같은 위험한 박테리아를 단기간 노출된 후에 제거할 수 있습니다. 제조사 Copper3D be의 PLActive 및 MDflex 필라멘트. 병원 내 감염 전파를 제한하여 다양한 전염병의 전파를 줄이는 데 도움이 되는 효과적이고 저렴한 보완 전략.
NanoHack은 FDM에서 3D 프린팅에 적합한 항균 안면 마스크로 고안되었으며 활성 물질로 제조되었습니다. 장착 시 활성 부직포 폴리프로필렌 필터(3겹)를 사용하여 미생물에 대한 추가 보호를 확보해야 합니다.

Borkow G.(산화구리 기반 필터를 사용하여 현탁액에서 바이러스 중화. 항미생물제 및 화학 요법)의 연구에 따르면, 산화구리가 함침된 부직포 필터는 호흡기 바이러스를 포함하여 다양한 유형의 바이러스 필터를 생성할 수 있습니다.

이미지 5:NanoHack 2.0 마스크 필터 설계. 출처:Copper 3D.

환경에 대한 최적의 보호를 위해 The Copper Company에서 개발한 구리 나노복합 소재의 3중 부직포 폴리프로필렌 필터를 사용하는 것이 좋습니다.

이미지 6:구리 입자가 포함된 필터를 사용한 바이러스 부하 감소 표. 출처:Copper 3D.

이미지 7:구리 산화물로 함침된 폴리프로필렌 섬유의 주사 전자 현미경 이미지. 출처:Copper 3D.

이러한 유형의 필터를 사용할 수 없는 경우 Anna Davies의 연구에서는 진공 필터 및 면이나 실크와 같은 섬유와 같은 다양한 재료의 필터 효율성을 분석합니다.

이미지 8:다양한 재료의 필터 효과 표. 출처:Copper 3D.

사용 권장 사항

NanoMask 2.0의 목적은 공기 중의 입자로부터 인구 보호를 제공하고 호흡기를 오염시킬 수 있는 액체 에어로졸의 확산을 방지하는 것입니다. N95 마스크가 아닙니다. 안면 마스크이며 승인된 PPE로 간주해서는 안 됩니다.

의료 전문가와 관련하여 이 장치는 최후의 수단으로 사용해야 합니다. 삽관, 기계 환기, 기관지경 검사 또는 이와 유사한 절차를 조작해서는 안 됩니다.

이 마스크는 공용 공간에서 최대 8시간 동안 사용하고 부직포 필터는 하루에 한 번 교체하도록 설계되었습니다. 활성 필터를 취급한 후에는 손을 씻고 보건 당국에서 권장하는 예방 조치를 따라야 합니다.

NanoMask의 세척 요령은 다음과 같습니다.

1. 세탁 :장치는 비누와 물로 씻어야 합니다.
2. 헹굼 :한번 씻은 후에는 깨끗한 물로 잘 헹궈주셔야 합니다.
3. 소독 :장비를 소독하여 남아있는 병원균을 불활성화시켜야 합니다. 이를 위해 PLActive는 80ºC 이상을 허용하지 않기 때문에 오토클레이브를 사용하지 않고 화학적 소독을 사용해야 합니다. 가장 접근하기 쉬운 화학적 살균 방법은 다음과 같습니다.
1. 방법 1:알코올은 인플루엔자 바이러스에 효과적입니다. 에틸 알코올(70%)은 강력한 광범위 살균제이며 일반적으로 이소프로필 알코올보다 우수한 것으로 간주됩니다. 알코올은 가연성이므로 표면 소독제로 사용하는 것을 작은 표면으로 제한하고 환기가 잘 되는 공간에서만 사용하십시오.
2. 방법:대부분의 가정용 표백제 용액에는 5% 차아염소산나트륨(50,000ppm 유효 염소)이 포함되어 있습니다. 권장 희석액 :1:5% 차아염소산나트륨의 100 희석이 일반적인 권장 사항입니다. 표면을 소독하려면 표백제 1:99 찬 수돗물(1:100 희석)을 사용하십시오. 차아염소산나트륨의 적절한 농도를 얻기 위해 필요에 따라 표백제 대 물의 비율을 조정하십시오. 예를 들어, 2.5% 차아염소산나트륨을 함유한 표백제의 경우 두 배의 표백제를 사용하십시오(예:표백제 2:물 98).
4. 헹굼 :화학적 소독을 사용하는 경우 멸균 또는 깨끗한 물(예:물을 5분 동안 끓인 후 식힘)으로 헹굽니다. 수돗물이나 증류수에는 폐렴을 일으킬 수 있는 미생물이 있을 수 있기 때문에 재사용을 위해 화학적으로 소독된 호흡 장치에서 잔류 액체 화학 소독제를 헹구는 데 멸균수가 선호됩니다. 그러나 멸균수로 헹굴 수 없는 경우 수돗물이나 여과수(즉, 0.2μ 필터를 통과한 물)로 헹굽니다. 30분 동안 담가 소독하는 것이 좋습니다.
5. 장비 건조 :알코올 헹굼과 강제 통풍 건조로 이전 단계를 따르십시오.
6. 스토어 :장비를 밀폐된 상태로 보관하십시오.

나노핵 2.2

Copper3D는 최근 NanoHack 2.0 마스크에 대한 업데이트를 발표했습니다. NanoHack 2.2.

이전 모델과 마찬가지로 NanoHack 2.2는 모노블록 구조로 구성되어 있습니다. 이 새 버전에서는 기기의 구조를 강화하기 위해 각도가 없는 3중 고정벽으로 만들어졌습니다. 또한 내부 필터 구조에는 Voronoi 또는 Gyroid의 두 가지 옵션이 제공됩니다.

NanoHack 2.2의 총 인쇄 시간은 4시간 30분입니다.

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이미지 9:NanoHack 2.2 마스크 디자인. 출처:Copper 3D.

NanoHack 2.0 및 NanoHack 2.2 마스크는 턱 끝에서 눈 평면(눈 사이를 통과하는 수평선)과 광대뼈 사이의 거리(코에서 직접 측정)까지 측정한 12cm 높이의 얼굴에 맞도록 설계되었습니다. 역시 12cm. 얼굴이 이 치수보다 작거나 큰 경우 얼굴에 완벽하게 맞도록 모델 크기를 5% 또는 10% 조정하는 것이 좋습니다.