Masques respiratoires imprimés en 3D inférieurs aux normes N95, déclare l'équipe de Virginia Tech

Masques respiratoires imprimés en 3D inférieurs aux normes N95, déclare l'équipe de Virginia Tech

nous

Il est à noter que, dans la crise actuelle, la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis et d'autres autorités ont assoupli leurs normes existantes pour les écrans faciaux mais ne l'ont pas fait pour les respirateurs. Un respirateur est un appareil près de la peau qui se porte sur un

Les premières conclusions indiquent le régulateur

Juste pour être clair, nous célébrons tout le monde

Cette attente et cet intérêt sont, bien sûr, une arme à double tranchant et nous pourrions la gaspiller en revendiquant et en sous-livrant. Ou nous pourrions relever les défis de l'avenir avec franchise et honnêteté. Oui, nous sommes une technologie de façonnage intéressante. Cela ne signifie pas que toutes nos formes sont maintenant fonctionnelles pour toutes les applications, dans tous les matériaux.

Le document est de Bezek, LB; Pan, J .; Harb, C .; Zawaski, CE; Molla, B .; Kubalak, JR; Marr, LC; Williams, CB

«Les résultats de cette étude montrent que les respirateurs imprimés à l’aide de procédés de fabrication de filaments fondus [FFF] de bureau / à l’échelle industrielle et de procédés de fusion à lit de poudre [PBF] à l’échelle industrielle ont une efficacité de filtration insuffisante à la taille du virus SARS-CoV-2, même tout en supposant une parfaite étanchéité entre le respirateur et le visage de l’utilisateur.

Presque tous les respirateurs imprimés fournis

Un seul respirateur, imprimé sur un système de fabrication de filaments fondus à l'échelle industrielle fourni

Les procédures de post-traitement, y compris le nettoyage, l'étanchéité des surfaces et le renforcement du joint du capuchon du filtre, ont généralement amélioré les performances, mais aucun respirateur n'a maintenu l'efficacité de filtration d'un respirateur N95, qui filtre 95% des particules du virus SARS-CoV-2.

Au lieu de cela, les respirateurs imprimés ont montré des performances similaires à divers masques en tissu.

Alors que l'optimisation continue des paramètres du processus d'impression et des tolérances de conception pourrait être mise en œuvre pour imprimer directement des respirateurs qui fournissent l'efficacité de filtration requise à 95%, les processus AM ne sont pas suffisamment fiables pour une distribution généralisée et une production locale de protection respiratoire de type N95 sans processus d'assurance qualité proportionnés dans endroit.

Certaines combinaisons de conception / imprimante / matériau peuvent fournir une protection suffisante pour des utilisateurs spécifiques, mais les respirateurs ne doivent pas être fiables sans tests d'efficacité de filtration quantitative. Il n'est actuellement pas conseillé de s'attendre à ce que les respirateurs imprimés provenant de conceptions distribuées reproduisent les performances sur différentes imprimantes et matériaux.

De façon générale, une grande partie des conclusions que le document a tirées sont ce que nous avons déjà souligné et ce que beaucoup de l'industrie disaient également. Il semble que, encore une fois, nous

Le document souligne que

«Une préoccupation concernant l’efficacité de l’utilisation de l’AM pour produire des remplacements directs pour les respirateurs N95 est la porosité intrinsèque dans les pièces produites par FFF et PBF, qui peut affecter l’efficacité de filtration, la précision et la fiabilité des respirateurs imprimés. Dans les processus FFF, la porosité peut résulter de la fusion incomplète des couches adjacentes, des lacunes laissées par le changement de direction et l’arrêt / le démarrage de l’extrusion à l’état fondu, et / ou des lacunes laissées par les chemins extrudés adjacents ne fusionnant pas ensemble »
«Il a été démontré que ces défauts inhérents induits par le processus provoquent jusqu’à 32% de porosité dans les pièces FFF, avec des pores de 200 à 800 mu de diamètre, ce qui pourrait les rendre inefficaces en termes de protection contre les particules virales de 0,3 mu.»
« De même, les pièces produites via PBF peuvent être jusqu’à 30% poreuses [16] en raison d’un apport d’énergie insuffisant, de défauts de revêtement et / ou de l’utilisation de poudre fortement recyclée. »
Une solution pour atténuer la porosité des pièces en polymère imprimé consiste à les sceller lors d’une étape de post-traitement.
«Un autre défi anticipé dans l’utilisation de l’AM pour fabriquer directement des EPI via des conceptions numériques partagées est la variabilité inhérente entre les machines AM, les matériaux et les paramètres de construction, qui peuvent affecter les propriétés mécaniques des matériaux imprimés et la précision des géométries imprimées.»

Ce dernier problème est également une limitation potentielle pour tester l'efficacité de ces masques, car les paramètres individuels de la machine, les matériaux, la manutention des matériaux, les parcours d'outils et les variables locales auraient pu interférer avec les pièces de test elles-mêmes. Le papier examine ensuite les parties où le masque pourrait échouer en couvrant insuffisamment le visage ou à travers des lacunes.

Les masques choisis étaient le masque Montana de Make the Masks, le masque Factoria et le masque facial chirurgical Stopgap. Ils ont imprimé ces masques sur une Sinterstation (fusion de lit de poudre de polymère), Fortus 400mc (FFF industriel) et Afinia (FDM de bureau). Nous avons fait quelques progrès depuis que la vénérable Sinterstation et la porosité ont été réduites dans les machines de frittage de génération actuelle avec de meilleurs logiciels et traitements, de sorte que nous nous attendrions à moins de porosité qu'avec une machine sortie en 1998. D'une part, elle

Le document indique que,

J'ai également des inquiétudes concernant les matériaux de filament imprimés. Je pensais aussi que ULTEM 9085 imprimé à 350

C'est n

L'équipe nous montre ensuite qu'ils avaient des défauts visibles dans les tirages.

«(A) Le respirateur Stopgap en ABS orienté avec le capuchon du filtre face vers le bas sur le plan de construction a quelques couches égarées; (b) Le respirateur Stopgap en ABS dans une autre orientation souffre également d’une rareté périodique; (c) Le respirateur Stopgap en PLA est visiblement mince sur la plupart des surfaces; (d) Le respirateur Stopgap dans ULTEM présente une porosité sur la surface parallèle au filtre. »

«La figure 4c montre le respirateur Stopgap fabriqué avec du PLA tenu à la lumière pour permettre l’observation de plusieurs régions de matériau mince le long de la coque (comme sur les figures 4a et b), le long du joint jusqu’au visage et à la surface au ras du bouchon du filtre. La figure 4d montre le respirateur Stopgap fabriqué avec ULTEM tenu à la lumière. Des pores à l’échelle macroscopique sur toute la surface affleurant sur le plan de construction sont observés malgré le fait que cette partie soit imprimée en 100% de remplissage sur un système FFF à l’échelle industrielle », écrivent les auteurs. L’équipe dit que le respirateur Stopgap a été conçu pour la fusion sur lit de poudre, de sorte qu’il n’était pas destiné à être imprimé avec FFF / FDM. Ils continuent à tester les impressions Stopgap FFF / FDM et je pense que c’est plutôt injuste.

J'ai un vrai problème avec les auteurs qui changent le rouleau de filament pour les impressions d'orientation de construction

L'équipe a ensuite testé les résultats des différentes conceptions de filtres:

«L’analyseur de particules compte simplement la fréquence des nanoparticules détectées; il ne fait pas de distinction entre les nanoparticules résultant de l’aérosol généré et les nanoparticules résiduelles résultant de particules parasites rejetées par la coquille », était un problème qu’ils ont identifié.

Ils traitent ensuite les masques en disant que le

je

Le document montre ensuite que,

«Les résultats du respirateur Montana (figure 5a) montrent une efficacité de filtration constamment inférieure à 60% pour les matériaux ABS, PLA et nylon, ce qui est loin des performances de base du média filtrant ULPA. La variante ULTEM du respirateur Montana n’a pas pu être testée telle qu’imprimée car le capuchon du filtre était trop lâche pour bien fixer le filtre. »

L'équipe prend la décision suivante:

«Les résultats du respirateur Factoria sont présentés à la figure 5b. Les respirateurs en PLA et ABS filtrent plus de particules que dans la conception du respirateur Montana, mais les deux ne protègent toujours que contre ~ 75% des particules. Le respirateur ULTEM Factoria offre les performances les plus élevées observées, avec une efficacité de filtration entre 90 et 95%, selon le diamètre des particules; cependant, il chute légèrement moins que le filtre ULPA testé (efficacité de 99%). Semblable aux résultats du respirateur Montana, le respirateur imprimé PBF présente la plus faible efficacité de filtration (~ 45%). »

«Les respirateurs Montana et Factoria sont presque identiques dans la conception de la coque, il est prévu que la différence dans la conception du capuchon du filtre soit la cause de la performance constamment pire du respirateur Montana par rapport au respirateur Factoria. Le capuchon ajustable du respirateur Montana peut avoir laissé des particules autour du filtre (ce qui correspond au capuchon filtrant ample imprimé dans ULTEM), tandis que le capuchon plus grand du respirateur Factoria enferme complètement le filtre. »

Une autre chose que je ne porte pas

je

L'équipe concède,

Ils continuent à regarder plus profondément,

Leurs conclusions sont les suivantes:

«Tel qu’imprimé, la plupart des respirateurs fonctionnaient mal, presque tous offrant une efficacité de filtration inférieure à 60% (nettement inférieure à l’efficacité requise de 95% d’un respirateur N95). Ce résultat est particulièrement décourageant si l’on considère que le test a été effectué avec l’approximation d’une étanchéité parfaite entre le respirateur et le visage de l’utilisateur (un mode de défaillance commun pour les respirateurs textiles N95 standard, et probablement un mode de défaillance significatif pour les polymères rigides imprimés). Lorsqu’il est imprimé en ULTEM sur un système FFF à l’échelle industrielle, le respirateur Factoria a fourni la meilleure efficacité de filtration de ceux évalués, dépassant systématiquement 90% d’efficacité pour toutes les tailles de particules.

Ils disent aussi que,

«Les résultats de cette étude n’écartent pas complètement la MA de la pertinence de fabriquer un respirateur N95 efficace», écrivent les auteurs. «Les performances de l’ULTEM Factoria suggèrent que (i) une technologie d’impression reproductible de haute qualité avec (ii) des paramètres de processus appropriés, et (iii) un tolérancement de l’interface capuchon / coque de filtre qui est aligné avec une combinaison machine / matériau spécifique pourrait fournir une efficacité Solution. »

Plus loin, disons,

Aussi,

Dans l'ensemble, il est très bon que ce genre de recherche se fasse. je

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