Impression 3D : Réponse innovante à la pénurie d'EPI face au COVID-19

Face à la situation d'urgence actuelle due à la propagation du coronavirus COVID-19, de grandes initiatives et solutions émergent de la solidarité et de l'innovation, surtout pour pallier la pénurie d'équipements médicaux et d'équipements de protection individuelle (EPI).

Du secteur de l'impression 3D, de nombreux ingénieurs et fabricants de matériaux, ensemble avec des spécialistes médicaux, travaillent à concevoir des modèles d'EPI qui aident à préserver la santé du personnel soignant et à faciliter leur travail, ainsi qu'au développement de différents prototypes comme des valves, connecteurs de respirateurs ou respirateurs assistés et autres dispositifs qui aident à atténuer la pénurie d'équipements médicaux.

De plus, de nombreuses communautés de makers ont lancé leurs imprimantes 3D pour fabriquer ces dispositifs. En Espagne, l'initiative Coronavirus Makers a émergé, une plateforme à but non lucratif avec des milliers de bénévoles. Des initiatives similaires existent dans des pays comme l'Allemagne, l'Italie, le Chili, l'Argentine ou la Colombie.

Ci-dessous, nous compilons divers designs d'équipements de protection et de fournitures médicales qui ont été mis à disposition du public gratuitement par différentes entreprises et associations, et peuvent être téléchargés au format STL et imprimés sur pratiquement n'importe quelle imprimante FDM.

Il faut garder à l'esprit que certains des modèles ne sont pas homologués ou approuvés par les autorités sanitaires correspondantes et que, selon chaque zone ou pays, les exigences de fabrication pour obtenir cette homologation peuvent varier.

Masques

Sur les plateformes de ressources d'impression 3D et sur diverses pages d'entreprises du secteur 3D, différents modèles de masques sont partagés pour l'impression 3D sur tout type d'imprimante 3D FDM.

Il faut souligner que ces masques, sauf s'ils ont les filtres nécessaires, ne servent que de barrière physique contre le virus, en plus d'aider à ne pas le propager en cas d'infection.

Il y a quelques jours, nous avons partagé le design du masque Nanohack développé par l'équipe Copper3D et qui a récemment partagé la mise à jour du design dudit masque : NanoHack 2.0, avec une structure monobloc, solide et hermétique, qui doit être fabriqué avec les filaments antibactériens PLActive et MDFlex pour fournir une protection maximale contre l'environnement extérieur.

PLActive est un polymère recyclable et biocompatible qui contient un nanocomposite de cuivre qui a montré des propriétés antimicrobiennes.

Grâce à son design, NanoHack 2.0 est un dispositif qui offre une protection contre les particules dans l'air et empêche la propagation de liquides qui contaminent les voies respiratoires. NanoHack utilise le même matériau utilisé dans les masques chirurgicaux (polypropylène non tissé) comme système de filtration. Pour une protection optimale, il est recommandé d'utiliser un filtre en polypropylène non tissé à triple couche. Ce filtre est intégré dans le masque. Ainsi, selon diverses études, une efficacité de filtration de 96,4 % est atteinte pour les micro-organismes de 1 micron et 89,5 % pour les micro-organismes de 0,02 micron.

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Écrans faciaux

On peut trouver d'innombrables modèles de visières et écrans faciaux sur internet. Prusa a développé plusieurs prototypes, qui ont été vérifiés avec le Ministère de la Santé tchèque. Finalement, ils ont présenté deux versions d'écran : RC1 et RC2.

Ce design d'écran consiste en une structure rigide avec une feuille de plastique acétate flexible et transparente. La structure rigide est imprimée en 3D et la feuille d'acétate plastique est ensuite adaptée comme écran. La version RC1 permet d'imprimer plus de pièces dans le même processus d'impression, tandis que la version RC2 offre une protection légèrement supérieure et est plus confortable à porter.

Comme écran, le prototype utilise une feuille de PETG de 0,5 mm d'épaisseur, bien que d'autres matériaux transparents et flexibles d'épaisseur similaire puissent être utilisés, comme des feuilles d'acétate transparent.

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L'impression 3D avec du PETG à 30 % de remplissage est recommandée, bien que d'autres matériaux comme le PLA ou l'ABS puissent être utilisés. Afin de les livrer aux centres de santé, il est essentiel de les stériliser en appliquant un bain d'eau avec de l'eau de Javel (Ratio 50:1) puis de les rincer à l'eau. Ainsi, ils ne présenteront pas le risque de transmissions indirectes possibles pour le personnel soignant.

Respirateurs et valves

Face à la pénurie de respirateurs autonomes, plusieurs groupes d'ingénieurs, en collaboration avec différentes institutions et personnel soignant, développent des prototypes et fabriquent les différentes pièces qui les composent en utilisant l'impression 3D.

C'est le cas du Consortium de la Zone Franche de Barcelone qui, avec HP, Leitat et SEAT, a développé un prototype de respirateur utilisant l'impression 3D pour fabriquer ses pièces et en profitant d'éléments comme un moteur d'essuie-glace de voiture. Ce dispositif a été nommé OxyGEN et a déjà été validé par des experts de l'hôpital Parc Taulí de Sabadell. L'un des avantages de ce dispositif est que sa production est évolutive.

Une autre solution possible qui émerge est d'utiliser des adaptateurs qui permettent d'utiliser le même respirateur pour plusieurs patients, comme le connecteur « H » que Copper3D a développé. Un design qui minimise le volume d'espace mort et empêche les fuites d'air dues à des connexions inutiles. Copper3D recommande l'impression 3D de ce dispositif en utilisant PLActive, pour ses propriétés antibactériennes et sa biocompatibilité.

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Dans plusieurs hôpitaux, il manque certains éléments importants liés aux respirateurs et nécessaires lors du traitement d'un patient avec des complications respiratoires. C'est le cas de la valve Venturi, utilisée pour réguler la concentration d'oxygène introduite au patient par le respirateur.

Il existe plusieurs designs disponibles pour les utilisateurs, comme celui de la plateforme Cults.

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Autres dispositifs

En plus des EPI et dispositifs spécifiques pour le traitement des patients affectés par le COVID-19, différents outils sont développés pour éviter la contagion par contact indirect auquel tout le monde est exposé dans son activité quotidienne (poignées de portes et fenêtres, boutons d'ascenseur, etc.).

L'anneau StopCovid-19 est un anneau facile à imprimer, conçu pour appuyer sur des interrupteurs et boutons sans les toucher physiquement.

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Des entreprises comme Materialise ont développé un dispositif pour s'adapter aux poignées de porte, afin qu'elles puissent être ouvertes sans utiliser les mains. Différentes versions de cet outil, adaptées à différents formats de poignées (cylindriques, rectangulaires, circulaires, etc.) peuvent être téléchargées gratuitement depuis son site web.

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En combinant l'utilité des deux précédents, il y a LU-Touch : Un outil pour ouvrir et fermer portes et fenêtres, et en même temps un poussoir pour boutons et interrupteurs. LU-Touch peut être téléchargé gratuitement et imprimé sur n'importe quelle imprimante 3D FDM. De plus, si vous n'avez pas d'imprimante 3D, il peut être acheté déjà imprimé.

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Grâce à l'utilisation de ces outils, il est possible de minimiser la possibilité de contagion due aux contacts indirects dans l'activité quotidienne. Pour plus de sécurité, il est nécessaire de désinfecter les outils toujours après usage. Il faut aussi se rappeler que l'utilisation de ce type d'outil n'exempte pas d'appliquer les règles de sécurité recommandées : se laver les mains régulièrement, ne pas se toucher le visage, etc.

Matériaux spécifiques

Parmi les matériaux spécifiques pour fabriquer des équipements de protection individuelle, nous soulignons PLActive et MDFlex pour leurs qualités antimicrobiennes et antivirales. Ce matériau est également recommandé pour l'impression de dispositifs d'expansion et de valves adaptées aux respirateurs autonomes.

Matériaux courants

Pour la fabrication d'écrans ou de valves qui, en raison de leur utilisation, n'ont pas besoin d'être composés de matériaux biocompatibles ou antibactériens, on peut utiliser des matériaux de base en impression 3D FDM, comme le PLA ou le PETG ; car ces éléments ne nécessitent pas de propriétés spécifiques, bien qu'il soit vrai qu'ils nécessitent une certaine rigidité et qu'il n'est pas recommandé d'utiliser des matériaux flexibles comme Flexfill ou FilaFlex.

Avec ces fichiers en téléchargement gratuit, tout utilisateur avec une imprimante 3D FDM et l'un des matériaux susmentionnés peut apporter sa pierre à l'édifice pour aider à arrêter la pandémie et la situation alarmante que nous vivons actuellement.