Phản Ứng Kịp Thời: Khung In 3D Cho Mặt Nạ N95 Có Thể Giúp Các Bác Sĩ Chống Lại Virus Corona

Khi COVID-19, căn bệnh do chủng mới virus corona gây ra, bắt đầu xuất hiện trên khắp Hoa Kỳ vào tháng 3, Caroline Shaw biết rằng đại dịch sẽ thay đổi phần nhiều công việc của mình với tư cách là người quản lý nguồn cung ứng tại nhà máy tuabin gió của GE Renewable Energy ở Pensacola, Florida . Những điều Shaw không hề mong đợi dường như lại đang xảy đến với cô, virus đã gây ra một số vấn đề mà dường để giải quyết không phải là điều dễ dàng.

Một nhóm đồng nghiệp của cô đã được chỉ định để sàng lọc nhân viên bị sốt hoặc có dấu hiệu nhiễm trùng khác, công việc của cô là giữ cho đội được cung cấp thiết bị bảo vệ cá nhân phù hợp, đặc biệt là mặt nạ N95 để hạn chế sự lây lan của căn bệnh. Tuy nhiên, Shaw biết rằng việc bổ sung thêm vật dụng cho cô cũng đồng nghĩa với sự ảnh hưởng của việc cung cấp khẩu trang cho các bác sĩ và y tá, những người thậm chí còn cần được bảo vệ nghiêm ngặt hơn. “Có một số nguồn cung cấp cho cộng đồng y tế”, Shaw Shaw nói, “nhưng chúng tôi không muốn tiếp cận với nó.”

Shaw gặp phải một lối thoát khả dĩ khi tìm kiếm Facebook vào Chủ nhật, ngày 22 tháng 3. Một thông diệp đã được đăng bởi một người bạn từ nhà thờ của cô mô tả một cặp vợ chồng ở Virginia đang sử dụng máy in 3D đơn giản để chế tạo tấm khung nhựa để bảo vệ mặt nạ N95 dùng một lần.

Khung mặt nạ in 3D có thể kéo dài tuổi thọ của mặt nạ N95. Khái niệm này rất đơn giản – bằng cách đặt tấm chắn mặt nạ bảo vệ lên mặt nạ N95, nó giúp hạn chế sự tiếp xúc của mặt nạ với các chất gây ô nhiễm. Đổi lại, điều này mang đến một cơ hội để kéo dài tuổi thọ của mặt nạ N95 ngoài việc sử dụng một lần thông thường trong khi nguồn cung vẫn bị hạn chế. ?Những chiếc mặt nạ này được dùng một lần, nhưng CDC có hướng dẫn về những việc cần làm trong các tình huống khủng hoảng”, Shaw Shaw giải thích.

Shaw biết rất nhiều về sản xuất phụ gia, vì in 3D được biết đến nhiều hơn. Nhà máy của cô sử dụng máy in 3D công nghiệp để chế tạo dụng cụ và đồng hồ đo tùy chỉnh và các thành phần tuabin gió nguyên mẫu.

Vì vậy, Shaw đã bắt tay vào thực hiện điều này. Một trong những lợi thế trung tâm của sản xuất phụ gia là tốc độ nó có thể chuyển từ ý tưởng sang nguyên mẫu sang thành phẩm. Shaw đã nảy ra ý tưởng vào Chủ nhật, cùng ngày với khoảnh khắc “Facebook eureka” của cô, gần như ngay lập tức một nguyên mẫu bằng nhựa của chiếc khung bảo vệ N95 được ra lò trên một máy in 3D đơn giản vào thứ Hai và đưa cho y tá tại chỗ để thử vào chiều hôm đó.

Hình trên và trên cùng: Những tấm khung ban đầu được in từ một trong những loại vật liệu phổ biến nhất được sử dụng trong sản xuất phụ gia, một loại nhựa cứng gọi là acrylonitrile butadiene styrene. Polyme nhiệt dẻo linh hoạt dưới nhiệt độ cao, nhưng sau khi nó nguội đi tạo thành lớp vỏ cứng, chắc, vừa khít trên mặt nạ N95. Nguồn hình: GE Renewable Energy.

Lời đồn mau chóng được lan truyền, cũng trong ngày thứ ba đó, Tiffany Craft, một kỹ sư sửa chữa cao cấp, đã nắm bắt được những nỗ lực của Shaw và ngay lập tức bắt đầu in các tấm khung mặt nạ. Craft đưa những tấm khung cho đội phản ứng khẩn cấp của cô và mang tới cho một cặp vợ chồng tại bệnh viện địa phương. Craft cũng đã thử nghiệm nhiều vật liệu và tạo mẫu thiết kế mặt nạ đầy đủ để cung cấp bảo vệ. Hôm nay, cô ấy giúp xây dựng một thư viện thiết kế, nơi các đội GE từ khắp nơi trên thế giới lên kế hoạch cho thiết bị bảo vệ cá nhân in 3D có thể tiếp cận.

Ngay sau đó, 20 đồng nghiệp của Shaw và Craft, từ khắp GE đã tham gia nỗ lực, phối hợp và đóng góp của họ để cải thiện các thiết kế. Họ bao gồm các đội có trụ sở tại Hoa Kỳ và Hungary từ GE Aviation, GE Research và GE Power.

Trong khi phiên bản ban đầu hoạt động đủ tốt, những người thử nghiệm đã báo cáo lại một số sai sót. Các tab giữ tấm khung tại chỗ có xu hướng vỡ ra, vì vậy nhóm làm dày các tab và thu hẹp các khe mà chúng vừa với mảnh cằm. Họ cũng loại bỏ dây đeo đàn hồi và tạo ra một chi tiết nhựa nơi dải băng của mặt nạ N95 có thể vừa vặn, giúp cho các công nhân đeo găng tay dễ dàng hơn trong việc đeo và tháo.

Mất khoảng 40 phút để in mặt nạ N95 trên máy in 3D Qidi. Nguồn hình ảnh: GE Renewable Energy

Shaw, Craft và các đồng nghiệp của họ vẫn chưa thể xong. Trong khi sản xuất phụ gia vượt trội ở việc tạo mẫu nhanh, chỉ mất khoảng 40 phút để tạo ra mỗi tấm khung. Lần lặp lại tiếp theo và nhanh hơn của quy trình sản xuất có thể liên quan đến việc phun nước, trong đó sử dụng dòng nước được tẩm bằng những mảnh garnet nhỏ để tách mặt nạ ra khỏi tấm nhựa. Phương pháp này có lợi thế bổ sung là có thể tạo thành tấm khung từ nhựa ít xốp hơn so với in 3D. Điều này có thể làm cho chúng dễ dàng làm sạch hơn bằng cách giảm khả năng virus có thể bám vào.

Sự cải tiến đó sẽ cho phép các tấm khung được sản xuất sau mỗi 5 phút. Sau đó, nhóm nghiên cứu đang tìm cách chuyển sang laser hoặc cắt bế, với mục tiêu có thể tạo ra một tấm kung chỉ trong 5 giây.