Ajustement parfait. Protection. Confort. Ce masque facial a tout, grâce à la technologie 3D

Défi : Créer le meilleur masque respiratoire au monde pour les enfants.

Solution : Scanner 3D Artec Eva, impression 3D, surmoulage avec du caoutchouc de silicone liquide, logiciels Artec Studio, Pro Engineer et Rhinoceros

Résultats : Le scan 3D avec Artec Eva a aidé un père vivant dans la Silicon Valley à inventer le meilleur masque respiratoire pour protéger les enfants contre la pollution de l’air et les virus.

Août 2020. Tandis que des feux de forêt ravagent l’ouest des États-Unis en pleine pandémie de coronavirus, Kevin Ngo est à quelques semaines d’achever le design d’un produit plus important pour lui que tout ce sur quoi il a travaillé au cours de sa vie.

Développée pendant deux ans, la création unique de Kevin ne sert pas qu’à protéger ses trois enfants, mais n’importe quel autre écolier, et ce aussi bien des virus que de la pollution de l’air. Le scan 3D rapide et précis est un des piliers soutenant le projet personnel le plus important pour Kevin à ce jour : le Flo Mask.

Le Flo Mask est un masque respiratoire réutilisable nouvelle génération destiné aux enfants et filtrant les particules submicroniques. Sa force réside dans son filtre unique et son joint sur mesure, mis au point par des concepteurs de produits de renommée mondiale afin de s’adapter parfaitement aux enfants de 4 à 12 ans. Fabriqués aux États-Unis, ces filtres piègent les particules aéroportées d’un diamètre minimal de 0,1 micromètre. Des études indépendantes menées par Nelson Labs ont révélé que les filtres du Flo Mask bloquent plus de 99,8 % des virus, en dépassant de 600 % les normes de respirabilité de la Food and Drug Administration (FDA), l’administration américaine des denrées alimentaires et des médicaments.

S’appuyant sur la technologie développée lors de la conception du meilleur masque respiratoire pour enfants, Kevin en crée actuellement un pour les adultes. Il participe au « Défi Masque innovant : Créer le masque de demain », lancé par le Département américain de la Santé et des Services sociaux et son bureau Biomedical Advanced Research and Development Authority (BARDA).

Ce défi vise à créer des designs innovants et efficaces d’appareils pouvant être produits en grande quantité et à faibles coûts et protégeant la population de maladies respiratoires. Air Flo Labs, LLC – l’entreprise de Kevin – s’est qualifiée pour la finale et continue à disputer le premier prix. Jusqu’à cinq vainqueurs, qui seront annoncés plus tard dans l’année, se partageront un coquet pactole de 400 000 $.

Le joint en silicone du Flo Mask offre un confort physique tandis que son filtre unique, testé par Nelson Labs, dépasse de 600 % les normes de respirabilité de la FDA.

Le commencement

C’est un manque d’offre sur le marché qui est à l’origine de ce concept. « Les adultes ont accès aux excellents et très efficaces masques N95, mais aucune option n’existait pour les enfants, explique Kevin. Ainsi, paradoxalement, les plus vulnérables n’avaient aucune solution. » Face à la difficulté de trouver un masque protégeant efficacement ses enfants, Kevin a décidé d’en créer un lui-même.

Le projet Flo Mask a pris forme à l’été 2018, marqué par les incendies de forêt les plus mortels et destructeurs jamais enregistrés en Californie. En 2020, la situation était particulièrement mauvaise.

« Les enfants revenaient de l’école avec la nausée et de violents maux de tête, se souvient Kevin. L’école nous a même conseillé de ne pas faire porter de masques N95 à nos enfants parce qu’ils n’étaient pas à leur taille, et que les enfants continueraient de respirer un air toxique. »

Kevin Ngo, le père vivant dans la Silicon Valley qui a créé le Flo Mask pour protéger ses enfants de la pollution de l’air et des virus

Kevin a étudié de façon approfondie les appareils respiratoires disponibles pour les enfants dans les pays souffrant au quotidien de la pollution de l’air, mais aucun n’a répondu à ses attentes. « J’ai acheté toutes sortes de masques pour enfants aux quatre coins du monde, commente-t-il. Tous ceux que nous avons évalués étaient mal ajustés, inconfortables, ou bien leur efficacité était on ne peut plus douteuse. Un grand nombre de masques étaient des masques en tissu, qui, comme nous le savons, sont inutiles face aux particules PM2.5. »

Recherche de divers concepts de design pour le Flo Mask

Kevin a essayé des dizaines de solutions, mais aucune ne remplissait tous ses critères. Soit la qualité des données acquises, soit la vitesse d’acquisition, voire les deux, était absente. Or, pour ce projet, chaque demi-millimètre était crucial.

Grâce à sa vaste expérience en réalité augmentée/réalité virtuelle, Kevin savait exactement où commencer le développement de son masque respiratoire ultime pour les enfants : le scan 3D.

« Je suis tombé sur l’équipe d’Indicate Technologies, qui m’a dit avoir un appareil d’Artec 3D, explique Kevin. Je les ai appelés un jour où j’étais libre et ils m’ont dit de passer les voir. »

Les bureaux d’Indicate California, partenaire certifié Or d’Artec 3D, se trouvant à 15 minutes en voiture du domicile de Kevin, il n’a pas fallu longtemps à ce dernier pour rencontrer Márcio Adamy, spécialiste des produits 3D de l’entreprise. Alors que Kevin lui expliquait les défis de son projet et les exigences auxquelles devrait répondre le scanner 3D (vitesse, résolution et précision élevées), Márcio, lui aussi un père dont la famille était touchée par la pollution de l’air, savait que tous les signes pointaient en direction d’une seule solution : Artec Eva.

Artec Eva, scanner 3D portable à lumière structurée (précision : jusqu’à 0,1 mm, résolution : jusqu’à 0,2 mm)

« Nous avons démontré qu’Artec Eva réussirait à scanner le visage des enfants, avons appris à Kevin à utiliser le scanner et le logiciel, et lui avons donné quelques conseils et astuces pour le faire le plus vite possible », explique Márcio. Étant donné que Kevin avait besoin du scanner uniquement pour ce projet, il a négocié la location d'Artec Eva les week-ends.

Scanner 3D portable, Artec Eva utilise la lumière structurée blanche, qui ne présente aucun danger pour les humains, afin de créer rapidement des scans d’objets de taille moyenne à grande avec une précision maximale de 0,1 mm et une résolution maximale de 0,2 mm (dans le Mode HD).

« Márcio a été un super instructeur de sorte qu’il ne m’a fallu qu’une heure pour apprendre à utiliser le scanner », commente Kevin.

Kevin en train de scanner son fils en 3D avec Artec Eva.

Au cours des deux week-ends qui ont suivi, Kevin a fait le tour de la région de la baie de San Francisco en voiture pour scanner « tous les enfants de 5 à 11 qu’[il] connaissai[t] ». Il était particulièrement important de recueillir un ensemble de données 3D reflétant la diversité des nez. Des enfants de différentes ethnies (asiatiques, hispaniques, afro-américains et caucasiens) ont ainsi été scannés, tandis que les scans faciaux complets permettaient la conception de sangles qui n’irriteraient pas la peau délicate derrière les oreilles.

Chaque scan facial a pris moins de 20 secondes de scan, et seulement 30 secondes de nettoyage post-scan. Malgré ses inquiétudes initiales, Kevin n’a pas dû acheter un ordinateur portable avec Windows pour lancer Artec Studio. Son MacBook Pro 2015 avec Boot Camp a été suffisant pour un traitement sans accroc du scan.

La toute première tentative de Kevin de scanner son fils en 3D, à l’aide d’Artec Eva, avec tous les traits physiques fidèlement reconstruits

« À un moment, nous avions une dizaine d’enfants en file indienne dans l’école de mon fils, se souvient-il. La beauté d’Artec Studio, c’est que je pouvais effectuer le nettoyage plus tard. Il me suffisait d’enlever les artefacts derrière leur tête. C’était vraiment simple de se débarrasser de tout le bruit. »

Après le traitement dans Artec Studio, chaque scan facial a été exporté sur le logiciel de CAO Pro Engineer. « Nous avons aligné chaque scan par la pointe des lèvres, et à partir de là, avons trouvé la forme optimale de taille unique, explique Kevin. Les scans nous ont aidés à concevoir une forme qui nous convenait à 90 %. Nous avons ensuite effectué une demi-dizaine de cycles d’impression 3D et d’essayages tests sur les enfants, en apportant de petits ajustements à chaque fois et en obtenant des prototypes à la résolution de plus en plus élevée. »

Recherche du design de joint parfait

Peaufinage du design

Une fois franchie cette étape du projet, Kevin et son équipe – trois amis tous spécialistes dans leurs domaines respectifs – ont dû peaufiner le design.

« Nous avons procédé à une impression PolyJet pour simuler la texture d’un matériau potentiel en silicone, ce qui nous a permis de valider la forme que nous avions », raconte Kevin. Ensuite, l’équipe est passée aux outils de production. Lors de l’étape de surmoulage, du caoutchouc de silicone liquide a été fusionné aux pièces en plastique pour devenir une seule pièce où l’ouverture du filtre serait l’unique endroit dans lequel les particules aéroportées pourraient pénétrer.

Le joint souple du Flo Mask entoure à la perfection le visage de l’enfant tout en empêchant le masque de toucher ses lèvres. Les sangles ajustables ont été conçues pour laisser les oreilles dégagées, et un support en caoutchouc a été ajouté à la sangle supérieure pour éviter qu’elle ne glisse de la tête.

L’équipe Flo Mask a obtenu la forme sur mesure du joint après plusieurs cycles de CAO, impression 3D et tests.

Des filtres révolutionnaires

Si trouver le bon filtre a été une tâche difficile qui a presque poussé Kevin à mettre un terme au projet, trouver le bon filtre permettant de respirer librement était primordial pour la qualité du masque.

Normalement, un filtre est constitué de fibres tissées ensemble très fermement pour empêcher les particules de les traverser. Une protection plus élevée entraîne une perte de respirabilité. « Il ne semblait pas y avoir de filtre suffisamment respirable où que ce soit dans le monde, mais j’ai finalement trouvé une entreprise médicale qui fabrique des filtres de ventilateur ici, aux États-Unis », explique Kevin.

Les filtres de ventilateur fabriqués à partir d’un tissu non-tissé appelé Spunbond se sont révélés remarquablement efficaces pour bloquer les virus tout en maintenant un volume élevé de flux d’air. « La fabrication est très différente, raconte Kevin. Au lieu de tisser les fibres, ils font des trous dedans. Ce procédé crée une charge électrostatique très efficace pour attirer les particules nocives et les virus. »

Les filtres jetables du Flo Mask peuvent être utilisés de façon continue pendant huit heures. « Dans un environnement enfumé, le filtre se remplira plus rapidement et devra donc être remplacé plus tôt, explique Kevin. Si le masque est simplement porté pour faire les courses, le filtre durera plusieurs jours. Le reste du masque peut être lavé à l’eau savonneuse, et sèche en moins d’une heure. »

Le Flo Mask est très facile à laver.

Avis des utilisateurs

« Je n’ai pas encore trouvé d’enfant auquel notre forme ne s’adaptait pas à la perfection, se réjouit Kevin. Nous avons scanné des enfants âgés de 5 à 11 ans, et la forme obtenue était si parfaite que nous avons pu élargir son utilisation aux enfants de 4 à 12 ans. Elle a dépassé toutes nos attentes. » À l’heure actuelle, des enfants de 2 ans ont également pu bénéficier de ces masques.

Le week-end, Kevin emmène souvent ses enfants au parc, où ils passent des heures à jouer au foot en gardant leur masque. « Ils n’ont aucune difficulté à respirer ou à parler quand ils courent avec leurs amis », se félicite Kevin, précisant que le Dr James Cisco, cofondateur de Burgess Pediatrics à Menlo Park, en Californie, a approuvé le Flo Mask après avoir mesuré le taux de saturation en oxygène de la fille de Kevin, âgée de 4 ans, lorsque celle-ci portait son Flo Mask. Le pédiatre a été convaincu par le résultat affiché de 100 %.

« Le Flo Mask relève le niveau des masques pour enfants, commente le Dr Cisco. Son joint en silicone unique, l’efficacité de la filtration, et la possibilité de laver le masque en font un appareil d’une qualité inégalée. »

Les filtres du Flo Mask sont efficaces jusqu’à 0,1 micromètre, ce qui a été testé et vérifié par Nelson Labs, et bloquent plus de 99,8 % des virus.

Les familles ayant participé à la mise au point du Flo Mask ont reçu le produit gratuitement, et étaient enchantées des résultats.

Un écolier de CM2 prénommé Patrick qui a testé le Flo Mask à bord d’un avion, affirme s’être rapidement habitué au produit. « Même s’il écrasait un peu mon visage, il était relativement confortable et après quelque temps, je ne le sentais presque plus », raconte l’enfant.

« Ce genre de masque est assurément plus pratique pour les enfants qui portent des lunettes, ajoute son père. Il crée beaucoup moins de buée sur les verres quand on respire dedans. »

Une mère de deux enfants de 5 et 10 ans souligne l’efficacité et l’élégance combinées du masque.

« Il offre une bonne étanchéité autour de la zone inférieure du visage des enfants, et sa rigidité garantit un espace libre devant leur bouche quand ils respirent, commente-t-elle. Et il se démarque certainement par son élégance. »

Les Flo Masks disponibles maintenant

Après deux ans et plusieurs dizaines de prototypes, le Flo Mask a été officiellement lancé en décembre 2020. À ce jour, plus de 2 000 enfants à travers les États-Unis portent un Flo Mask, et de nombreux parents s’extasient sur l’amour de leurs enfants pour le masque sur Amazon, où le produit affiche une note moyenne de 4,5 étoiles.

Un Flo Mask et cinq sachets de filtres jetables

« La pandémie actuelle rend les masques plus nécessaires que jamais, affirme Kevin. Au fur et à mesure que le monde se rouvre et que les enfants recommencent à aller à l’école ou à voyager, on pourrait remarquer l’apparition d’un certain masque. Je n’ai pas encore vu de solution aussi adaptée que la nôtre, ce qui prouve à quel point les équipements Artec 3D sont formidables. Le Flo Mask aurait été impossible à créer sans Artec Eva. »