Comment fabriquer un masque en utilisant l'impression 3D

Dans la situation actuelle, dans laquelle nous sommes confrontés à une pandémie mondiale due à la propagation du coronavirus COVID-19, nous pensons que toute contribution et aide pouvant être fournie de n'importe quel domaine peut être extrêmement importante, et des initiatives émergentes très intéressantes du secteur de l'impression 3D que nous estimons pertinentes à diffuser.

Au cours des derniers jours, sont fréquentes les nouvelles concernant la pénurie de masques, un équipement de protection de base, notamment pour les professionnels de la santé, mais aussi pour d'autres personnes qui peuvent être plus exposées au virus en raison de leur travail ou d'autres circonstances.

Pour cette raison, l'équipe de Copper3D, fabricant du filament PLActive antibactérien, a partagé la conception d'un masque valable pour la fabrication sur pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM et dont le fichier STL est disponible en téléchargement gratuit et gratuit :

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Image 1 :conception du masque NanoHack. Source :Cuivre 3D.

Ce masque a les caractéristiques suivantes :

• Antimicrobien et antiviral , étant fabriqué avec PLActive, un nanocomposite innovant développé avec un PLA de haute qualité et un additif nano-cuivre breveté, scientifiquement validé et très efficace.
• Recyclable :L'utilisation accrue de masques chirurgicaux jetables et de respirateurs aura un effet néfaste sur l'environnement. Pour éviter cet effet néfaste sur l'écosystème, utiliser le filament PLActive pour l'impression consomme un matériau recyclable.
• Modèle plat , pour faciliter sa fabrication de manière massive et dans pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM.
• Système de filtration modulaire :Le masque intègre un nouveau système de filtration modulaire pour les particules fines constitué d'un matériau qui utilise des nanocomposites de cuivre éprouvés pour désactiver les virus. Ce système de filtration comprend plusieurs couches de géométries différentes pour assurer une filtration efficace des particules fines. De plus, il peut accueillir des matériaux filtrants tiers tels que du propylène non tissé, des éponges ou des textiles.
• Capacités de thermoformage à 55 - 60 ºC, ce qui permet de donner la forme correcte de l'anatomie de n'importe quel visage en utilisant simplement un sèche-cheveux ou de l'eau chaude.
• Contrôle de la filtration et prise d'air . Il a été démontré que l'utilisation prolongée de respirateurs réduit la capacité pulmonaire. Ces respirateurs à usage unique ne permettent pas de réguler l'admission d'air ou la taille des particules. Ce masque intègre un disque filtrant modulaire qui permet de réguler efficacement l'admission d'air et la taille des particules. Ce système peut être personnalisé en utilisant du propylène de filtration non tissé, des vêtements, des éponges et différents textiles pour réduire le niveau de filtration.

L'impression 3D et l'assemblage du masque sont très simples, mais il est important de suivre les instructions suivantes pour une utilisation en toute sécurité :

1. Imprimez les pièces avec 20 % de remplissage, sans support ni radeaux. Chaque masque consomme environ 40 grammes de filament, donc avec une bobine de 750 grammes de masques PLActive 17-18 peuvent être imprimés.
2. Chauffez le masque à 55 - 60 ºC avec un sèche-cheveux ou de l'eau chaude. La partie circulaire doit être intacte, c'est pourquoi elle est plus épaisse pour éviter les déformations.
3. Lors du ramollissement, rapprochez les ailes du nez et les ailes de réglage situées sur la mâchoire inférieure.
4. Chauffez à nouveau et placez-le sur le visage pour l'ajuster complètement à chaque visage.
5. Saisissez un ou deux filtres supplémentaires. Si vous utilisez un filtre, vous pouvez utiliser une pièce circulaire (simple ou double) d'un masque en propylène non tissé classique (A) ou ajouter un coton démaquillant (B) en les ajustant bien à la fenêtre du système de filtration. La filtration et le débit d'air peuvent être régulés avec des combinaisons de ces éléments.
6. Ajouter les élastiques pour la fixation.

Image 2 :instructions de montage du NanoHack. Source :Cuivre 3D.

Une autre option serait d'utiliser le MD antibactérien flexible ¹ Filament Flex, également fabriqué par Copper3D, qui étant flexible, le masque imprimé n'a pas besoin d'être chauffé pour l'adaptation.

En revanche, il faut tenir compte du fait que ces masques, bien qu'efficaces, présentent certaines limites, comme un cycle de vie court (environ 8 heures). Les virus respiratoires, en particulier le SRAS-Cov-2 (COVID-19) peuvent vivre jusqu'à 72 heures sur différentes surfaces, car en fin de journée nous aurions une charge virale/bactérienne élevée piégée à quelques millimètres de notre nez et de notre bouche , nous exposant davantage à ces microbes dangereux.

Enfin, nous tenons à remercier le projet NanoHack et son équipe de scientifiques et de designers industriels des États-Unis et du Chili d'avoir mis à la disposition de la société la description et les plans de leur brevet.

MISE À JOUR (20 mars) :Copper3D a publié une communication pour lever les doutes sur les certifications et les utilisations de Nanohack. Voir la publication

MISE À JOUR (21 mars) :Nouvelle communication de Copper3D, où il est indiqué que l'efficacité de filtration du Nanohack est de 96,4 % pour les micro-organismes de 1 micron et de 89,5 % pour les micro-organismes de 0,02 micron. De plus, il détaille les spécifications et les configurations pour l'impression correcte de Nanohack dans pratiquement n'importe quelle imprimante 3D FDM. Voir la publication

NanoHack 2.0

Récemment, l'équipe de Copper3D a partagé un nouveau design de masque :NanoHack 2.0.

Contrairement à d'autres concepts, NanoHack 2.0 est constitué d'une structure monobloc solide et hermétique, qui doit être imprimée en 3D avec PLActive pour offrir une protection maximale contre l'environnement extérieur. Pour rendre le masque étanche, le cadre est scellé avec un bord imprimé en 3D avec MDFlex, un TPU antimicrobien.

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Image 3 :Conception du masque NanoHack 2.0. Source :Cuivre 3D.

Considérations techniques

Le masque NanoHack est un appareil créé dans le but d'offrir une protection contre les particules dans l'air et d'empêcher la propagation des liquides qui contaminent les voies respiratoires.

Grâce à des études sur l'efficacité des masques faits maison, il a été détecté que les matériaux filtrants NanoHack (polypropylène non tissé, le même matériau utilisé dans les masques chirurgicaux), atteignent une efficacité de filtration de 96,4 % pour les micro-organismes de 1 micron et de 89,5 % pour les micro-organismes de 0,02 microns.

Selon une étude de la FDA des États-Unis, la conception des masques chirurgicaux courants ne permet pas une protection complète contre les germes et autres contaminants en raison de leur ajustement lâche. De plus, les masques chirurgicaux sont des dispositifs à usage unique qui doivent être éliminés en toute sécurité. Les autorités sanitaires recommandent de placer ces objets dans un sac plastique et de les jeter; ainsi que se laver les mains après avoir manipulé le masque utilisé. Des recherches publiées précédemment ont indiqué que la charge virale élevée restant dans les masques chirurgicaux et les respirateurs peut être une source de transmission virale à la fois pour la personne portant le masque et les respirateurs et pour les autres. Cela peut se produire lorsque les toilettes touchent votre masque et ne se lavent pas les mains ou lorsqu'elles jettent le masque sans les précautions d'élimination appropriées. De plus, les agents pathogènes négligés par les respirateurs chirurgicaux chez les patients en salle d'opération augmentent le risque d'infections nosocomiales (infections acquises lors d'un séjour à l'hôpital). Pour toutes ces raisons, le masque NanoHack utilise un polymère recyclable et biocompatible qui contient un nanocomposite de cuivre qui a montré des propriétés antimicrobiennes :PLActive.

À propos de l'activité antimicrobienne du cuivre, vous pouvez dire ce qui inhibe les capacités de réplication et de propagation du SRAS-CoV, de la grippe et d'autres virus respiratoires. En effet, ils ont un potentiel antimicrobien élevé (antiviral et antibactérien).

Image 4 :activité antivirale du cuivre. Source :Cuivre 3D.

Ainsi, comme le cuivre peut inactiver des virus tels que le SRAS-CoV, le virus de la grippe, le H1N1, et éliminer les bactéries dangereuses telles que Staphylococcus aureus, Escherichia coli ou Listeria entre autres, après une courte période d'exposition. Filaments PLActive et MDflex du fabricant Copper3D be. une stratégie complémentaire efficace et peu coûteuse pour aider à réduire la transmission de diverses maladies infectieuses en limitant la transmission infectieuse nosocomiale.
NanoHack a été conçu comme un masque facial antimicrobien adapté à l'impression 3D en FDM et fabriqué avec des matériaux actifs. Pour son montage, des filtres actifs en polypropylène non tissé (3 couches) doivent être utilisés pour obtenir une protection supplémentaire contre les micro-organismes.

Selon l'étude de Borkow G. (Neutralizing virus in suspensions using copper oxide-based filters. Antimicrobial agents and chemotherapy), un filtre en tissu non tissé imprégné d'oxyde de cuivre est capable de générer des filtres anti-virus de différents types, dont les virus respiratoires.

Image 5 :Conception des filtres de masque NanoHack 2.0. Source :Cuivre 3D.

Pour une protection optimale contre l'environnement, il est recommandé d'utiliser le filtre en polypropylène non tissé triple couche avec des nanocomposites de cuivre développé par The Copper Company.

Image 6 :Tableau de réduction de la charge virale avec des filtres à particules de cuivre. Source :Cuivre 3D.

Image 7 :Images au microscope électronique à balayage de fibres de polypropylène imprégnées d'oxyde de cuivre. Source :Cuivre 3D.

En cas de non accès à ce type de filtre, une étude d'Anna Davies analyse l'efficacité des filtres de différents matériaux comme les filtres à vide et les fibres comme le coton ou la soie :

Image 8 :Tableau d'efficacité des différents matériaux en tant que filtre. Source :Cuivre 3D.

Recommandations d'utilisation

L'objectif du NanoMask 2.0 est d'offrir à la population une protection contre les particules dans l'air et d'éviter la propagation d'aérosols liquides qui pourraient contaminer les voies respiratoires. Veuillez noter qu'il ne s'agit pas d'un masque N95. Il s'agit d'un masque facial et ne doit pas être considéré comme un EPI approuvé.

Vis-à-vis des professionnels de santé, cet appareil doit être utilisé en dernier recours :les intubations, la ventilation mécanique, ou les bronchoscopies ou procédures similaires ne doivent pas être manipulées.

Ce masque est conçu pour être utilisé dans les espaces communs, pendant 8 heures maximum, et pour changer le filtre non tissé une fois par jour. Après avoir manipulé le filtre actif, vous devez vous laver les mains et suivre les précautions recommandées par les autorités sanitaires.

Les conseils de nettoyage pour NanoMask sont les suivants :

1. Lavage  : L'appareil doit être lavé à l'eau et au savon.
2. Rincer :Une fois lavé, il faut bien le rincer à l'eau claire.
3. Désinfecter :L'équipement doit être désinfecté pour inactiver tout agent pathogène restant. Pour cela, une désinfection chimique doit être utilisée, sans utiliser d'autoclave, car PLActive ne tolère pas 80 ºC ou plus. Les méthodes chimiques et germicides les plus accessibles sont présentées ci-dessous :
1. Méthode 1 :l'alcool est efficace contre le virus de la grippe. L'alcool éthylique (70 %) est un puissant germicide à large spectre et est généralement considéré comme supérieur à l'alcool isopropylique. Étant donné que l'alcool est inflammable, limitez son utilisation comme désinfectant de surface aux petites surfaces et utilisez-le uniquement dans des espaces bien ventilés.
2. Méthode :la plupart des solutions d'eau de javel domestiques contiennent 5 % d'hypochlorite de sodium (50 000 parties par million de chlore disponible). Dilution recommandée  : 1 :100 dilution d'hypochlorite de sodium à 5 % est la recommandation habituelle. Utilisez 1 part d'eau de javel pour 99 parts d'eau froide du robinet (dilution 1:100) pour désinfecter les surfaces. Ajustez le rapport de l'eau de Javel à l'eau selon les besoins pour obtenir la bonne concentration d'hypochlorite de sodium. Par exemple, pour les préparations d'eau de Javel contenant 2,5 % d'hypochlorite de sodium, utilisez deux fois plus d'eau de Javel (c'est-à-dire 2 parties d'eau de Javel pour 98 parties d'eau).
4. Rinçage  : Si vous utilisez une désinfection chimique, rincez avec de l'eau stérile ou propre (c'est-à-dire de l'eau bouillie pendant 5 minutes et refroidie). L'eau stérile est préférable pour rincer le désinfectant chimique liquide résiduel d'un appareil respiratoire qui a été désinfecté chimiquement pour être réutilisé, car l'eau du robinet ou distillée peut héberger des micro-organismes susceptibles de provoquer une pneumonie. Cependant, lorsque le rinçage à l'eau stérile n'est pas possible, rincez plutôt avec de l'eau du robinet ou de l'eau filtrée (c'est-à-dire de l'eau passée à travers un filtre de 0,2 μ). La désinfection par immersion est recommandée avec un temps de contact de 30 minutes.
5. Équipement sec :Faire suivre l'étape précédente par un rinçage à l'alcool et un séchage à air pulsé.
6. Magasin :Stocker le matériel au sec dans des emballages fermés.

NanoHack 2.2

Copper3D a récemment publié une mise à jour du masque NanoHack 2.0; le NanoHack 2.2.

Comme son prédécesseur, le NanoHack 2.2 est composé d'une structure monobloc. Dans cette nouvelle version, il est composé de parois constantes à 3 couches sans angles pour renforcer la structure de l'appareil. De plus, deux options sont proposées pour la structure du filtre interne :Voronoi ou Gyroid.

Le temps d'impression total pour NanoHack 2.2 est de 4 heures et demie.

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Image 9 :Conception du masque NanoHack 2.2. Source :Cuivre 3D.

Les masques NanoHack 2.0 et NanoHack 2.2 sont conçus pour s'adapter à un visage de 12 cm de haut, mesuré de la pointe du menton au plan des yeux (une ligne horizontale qui passe juste entre les yeux) et une distance entre les pommettes (mesurée directement sur le nez) aussi 12 cm. Si votre visage est plus petit ou plus grand que ces mesures, il est suggéré de redimensionner le modèle de 5 % ou 10 % pour s'adapter parfaitement à votre visage.