Los escáneres 3D de Artec cumplen con su deber en la lucha contra el Covid-19

11/06/2020

Por Matthew McMillion

En los últimos meses, la pandemia del Coronavirus ha desbordado los sistemas sanitarios y sus hospitales, llevándolos al límite. Médicos y enfermeras exhaustos de todo el mundo están haciendo todo lo posible cada vez con menos recursos.

Por otra parte, para las empresas ha resultado difícil responder con la suficiente rapidez, a menudo incluso tardando semanas en tomar decisiones sobre estrategias eficaces, encontrar nuevos proveedores y reajustar la maquinaria existente para producir mascarillas, respiradores y sistemas de filtración de aire.

Sin embargo, muchos no se han quedado mirando. Miles de amantes de la impresión en 3D de todo el mundo han aceptado el reto de ofrecer su ayuda como voluntarios para apoyar a médicos, enfermeras y personal sanitario de primera línea, tanto para sus ciudades como para el resto del mundo.

The Makers Group se encuentra en Rusia, donde a mediados de mayo, el nivel de infecciones llegó a ser el segundo más alto del mundo. Este grupo comenzó a proporcionar ayuda a nivel nacional diseñando y creando soluciones tanto para los pacientes como para el personal sanitario.

Las boquillas impresas en 3D y hechas a medida permiten acoplar filtros de aire a un diseño específico de máscara de buceo, mejorando así la protección del personal médico contra los virus

Veamos tres fascinantes proyectos que han puesto en marcha recientemente:

Máscaras de buceo para médicos y personal sanitario

Disponer de mascarillas y otros EPI (equipos de protección personal) fiables es una necesidad para los profesionales sanitarios que trabajan en condiciones de riesgo. Aún así, a medida que la pandemia se han ido alargando, en muchos hospitales y clínicas, los suministros de mascarillas y protectores faciales han ido disminuyendo hasta casi desaparecer.

Incluso si estuvieran disponibles, las mascarillas médicas estándar tienen sus propios inconvenientes, entre los que se encuentra su posibilidad de fallo y permitir que el aire contaminado se filtre, así como la incomodidad de llevarlas durante muchas horas al día.

Por eso los médicos en Rusia comenzaron a usar una marca comercial de máscara de buceo como reemplazo de las máscaras y protectores faciales estándar. La cadena de artículos deportivos Decathlon donó generosamente 10.000 de estas máscaras a los médicos y trabajadores sanitarios rusos.

Desempacando una de las máscaras de buceo donadas por la cadena de artículos deportivos Decathlon

La máscara tiene un sellado hermético alrededor de la cara, protegiendo al portador de cualquier contacto facial directo con partículas de virus. Sin embargo, el problema de esta solución estándar está en el conector del tubo de aire encima de la máscara: no tiene filtro. Lo que significa que el aire que entra en la mascarilla por esta vía podría contener el virus.

Para darle solución, The Makers Group creó una boquilla impresa en 3D personalizada para montarla en el conector del tubo de aire, lo que permite acoplar un filtro de aire homologado a la mascarilla.

Encaja perfectamente: La boquilla negra impresa en 3D conecta la máscara con el filtro de aire.

Cuando se descubrió que al personal le resultaba más difícil respirar a través de un solo filtro de aire, se creó una solución de doble tubo para poder acoplar dos filtros.

Una máscara de buceo personalizada, con sistema de doble filtro

Así, todo el aire que entra en la máscara se filtra y es seguro. Ya se han imprimido miles de boquillas de filtro simple y doble en 3D, y tienen una gran demanda en todo el país.

Recién salido del horno: un juego de conectores de doble filtro impreso en 3D para ser montados en la parte superior de las máscaras.

Sin embargo, aún había un problema con la máscara. Como fue diseñada originalmente para su uso en el agua, tiene una válvula de drenaje situada en la parte inferior de la máscara. Diseñada para permitir que el agua salga de la máscara si entra mientras se bucea.

Una máscara de buceo, en la que la válvula de drenaje está resaltada

Esta válvula podría permitir que el aire infectado entre en la máscara, especialmente en hospitales con presencia de virus. The Makers Group se reunió y buscó varias formas de resolver este problema. Rápidamente se decidió que debido a la complejidad de la máscara, sólo el escaneo 3D les proporcionaría la forma correcta de trabajar.

Denis Baev de Artec 3D se ofreció a ayudar. Como las máscaras eran muy necesarias, sólo se disponía de un margen de cinco minutos como máximo para realizar el escaneo. Tras ello, el doctor necesitaría la máscara de nuevo, para poder continuar con su larga jornada.

La parte de la válvula de drenaje de la máscara escaneada por Denis Baev de Artec 3D.

Usando Artec Space Spider, un escáner 3D profesional de mano diseñado para escanear al detalle objetos con geometrías complejas, Denis escaneó toda la máscara en 3D de alta resolución en menos de un minuto. Debido al plástico translúcido de la máscara, se utilizó el spray Krylon matting antes del escaneo.

El escáner 3D portátil Space Spider

Incluso con el spray, la superficie de la máscara seguía siendo difícil de escanear, por lo que Denis aumentó la sensibilidad de la Araña Espacial, lo cual rara vez se hace. Con este nivel de sensibilidad, se escaneó la máscara rápidamente.

Después de esto, los escaneos fueron procesados en Artec Studio 15 en tres minutos y exportados a Geomagic Design X como un archivo STL. La funcion De malla a CAD de Design X transformó rápidamente el archivo STL en un modelo CAD funcional.

Escaneo de Space Spider de la parte inferior de la máscara con la válvula de drenaje (izquierda) y su modelo CAD (derecha)

Utilizando este modelo CAD, seguidores de The Makers Group crearon un accesorio perfectamente ajustado para la máscara que alberga una válvula unidireccional, resolviendo así el problema.

Ahora, cuando se acumula una presión excesiva dentro de la máscara, la válvula unidireccional permite el escape del aire del interior, formando inmediatamente un sello hermético, impidiendo así que pueda entrar aire contaminado.

Lista para usar: Impresión en 3D de la válvula unidireccional y la máscara

Ahora los médicos de toda Rusia usan sus máscaras de buceo convertidas en máscaras médicas con este accesorio ajustado.

AlmohadIllas de gel para pacientes de Covid-19

Los médicos descubrieron rápidamente que colocar a los pacientes de Covid-19 con neumonía en posición boca abajo (pronación) facilitaba mucho la respiración y también el trabajo de los sanitarios con la respiración asistida. Sin embargo, acostarse boca abajo sobre una almohada o cama puede producir llagas muy dolorosas en cuestión de 4 ó 5 horas.

Afortunadamente, hay almohadillas de gel especiales diseñadas para apoyar cómodamente la cara del paciente mientras está acostado boca abajo. El problema es que últimamente estas almohadillas son casi imposibles de encontrar. Aunque estén disponibles en pequeñas cantidades, su precio es demasiado alto para los hospitales que tanto las necesitan.

The Makers Group intentó varias formas de crear las almohadillas de gel, incluyendo diseño CAD e impresión en 3D, pero debido a la forma orgánica y anatómica única de las almohadillas, así como a su material blando de apoyo, no consiguieron buenos resultados.

Por suerte, un paciente del hospital se ofreció a prestar su almohadilla de gel para la causa. Sin la posibilidad de salir del hospital y con tan solo 2 o 3 minutos de tiempo para que se la devolvieran al paciente, pero con eso bastaba.

Para poder escanear rápidamente la almohadilla, con su superficie translúcida, Denis la recubrió primero con Cyclododecane spray para darle un acabado blanco mate y facilitar el escaneo. Artec Eva escaneó la almohadilla en sólo unos segundos, capturando todas sus superficies y contornos a 16 fotogramas por segundo.

Escaneando la almohadilla de gel con el escáner 3D de mano Artec Eva

Usando el software Artec Studio, en sólo dos minutos, los escaneos se transformaron en un archivo STL. El flujo de trabajo de procesamiento consistió en el Registro Global, Fusión Nítida, Filtro de Objetos Pequeños, Simplificación de Malla, y la herramienta Borrador al final.

El archivo STL fue enviado al doctor que trabaja con The Makers Group en el diseño de la almohadilla. El archivo STL se convirtió en un modelo CAD y más tarde se utilizó para crear un molde para hacer las almohadillas.

Modelo STL (izquierda) y modelo CAD de la almohadilla de gel (derecha)

El molde final impreso en 3D consiste en tres piezas separadas, y se requirió bastante trabajo para lograr los tan esperados resultados. Para el relleno, la silicona blanda de calidad medicinal era casi imposible de encontrar. Después de mucho buscar, Georgy Serezhkinat, distribuidor Gold de Artec en Globatek, acudió al rescate, poniendo a los diseñadores en contacto con un proveedor del material más adecuado, un gel suave que conservara la forma necesaria, y que al mismo tiempo fuera seguro e hipoalergénico para el uso de los pacientes a largo plazo.

Ya se están usando las primeras almohadillas de prueba. El plan es aumentar la producción y extender las almohadillas a mayor escala, para suministrarlas al mayor número posible de pacientes.

Prototipo de espuma de la almohadilla de gel

Sistema personal de filtración de aire improvisado

Tener un sistema de filtración de aire portátil y activo es algo poco frecuente para miles de médicos y profesionales de la sanidad hoy en día. Sin embargo, es muy eficaz. Incluso las mejores mascarillas con filtros pueden ser difíciles de usar durante muchas horas al día, especialmente cuando se es más activo físicamente y se necesita respirar más.

Además las mascarillas, incluyendo las de calidad medicinal se sabe que pueden fallar. Se ha demostrado que el aumento de la presión del aire puede causar fugas en los bordes de la máscara o en el sellado de la cara. Además, con el tiempo, los filtros de las mascarillas normales se obstruyen o se contaminan.

Un sistema de filtración de aire portátil limpia el aire de virus y bacterias, y bombea este aire purificado directamente al portador. Pero incluso si tales dispositivos estuvieran disponibles localmente (que no lo están), serían demasiado caros para los profesionales médicos, la mayoría de los cuales tienen que pagar por sus propias mascarillas y equipos de protección.

Un sencillo sistema de filtración de aire

Una vez que The Makers Group se enteró de esta necesidad se pusieron a trabajar. Con algunas de las mentes más brillantes en ingeniería de todo el país, el grupo ideó un sistema improvisado de filtración de aire fabricado con piezas sueltas. Es sorprendentemente efectivo y puede ser fabricado y distribuido rápidamente.

El improvisado sistema de filtración de aire diseñado por The Makers Group

Alojado en una caja de plástico para sándwiches, el corazón del sistema consiste en un filtro de aspiradora, una lámpara UV para matar virus y bacterias, y un ventilador de PC para soplar el aire purificado a quien lo usa. La fuente de energía de este dispositivo es una batería recargable incorporada con un soporte de carga.

Pero el tamaño de la caja de la batería era abultado y engorroso para los doctores en hospitales abarrotados. Así que The Makers Group se puso a trabajar, centrándose en la reducción del tamaño de la caja, mientras conservaba la misma función.

Primer plano de la caja de la batería recargable

Le pidieron a Denis que escaneara este pequeño dispositivo con Space Spider, para poder hacer un modelo 3D. Aunque a primera vista el objeto pareceía bastante simple, desde una perspectiva de escaneo 3D, era un desafío. Hecho de plástico negro, con áreas incrustadas a ambos lados de las puntas de carga, las paredes internas no parecían fáciles de escanear.

Después de algunos intentos, se escaneó la parte interior derecha, mientras que la parte interior izquierda todavía no se podía escanear, debido a su proximidad con las puntas de carga, que obstaculizaban la visión del escáner.

¿La solución? Denis utilizó las herramientas de posicionamiento preciso y espejo de Artec Studio 15 para copiar fácilmente la pared interior derecha en el lado izquierdo y alinearla perfectamente.

Minutos después, los escaneos fueron procesados en un modelo 3D de alta precisión.

El modelo 3D se envió a The Makers Group y se ha utilizado para el desarrollo y las pruebas actuales de este dispositivo de filtración de aire asequible pero muy eficaz.

Una vez más, los escáneres 3D de Artec han demostrado ser herramientas muy valiosas para ayudar de forma rápida y sencilla a resolver problemas reales. Tanto si está digitalizando mascarillas o almohadillas de gel, como si está escaneando e inspeccionando digitalmente la primera producción de componentes de ventilación, Artec 3D dispone de escáneres para cubrir todas sus necesidades.

De todo, desde escanear una abeja tan perfectamente que se pueden contar sus círculos (Artec Micro), hasta escanear un Airbus A380 en una tarde de descanso (Artec Ray) y obtener un modelo 3D tan exacto que se pueda medir con precisión la profundidad del dibujo de cada rueda. Cualquiera que sea su objeto y aplicación, lo podemos hacer.