Les scanners Artec 3D rejoignent la lutte contre le Covid-19

11/06/2020

Par Matthew McMillion

Depuis quelques mois, la pandémie de coronavirus submerge les systèmes de soins de santé et leurs hôpitaux, les poussant dans leurs derniers retranchements. Partout, les médecins et les infirmières, épuisés, font de leur mieux avec les maigres ressources disponibles.

Parallèlement, les leaders de l’industrie ont des difficultés à réagir suffisamment rapidement et ont souvent besoin de plusieurs semaines pour adopter des stratégies efficaces, trouver de nouveaux fournisseurs et adapter les machines existantes pour produire des masques, des ventilateurs, et des purificateurs d’air.

Beaucoup ne sont toutefois pas restés les bras croisés pendant ce combat. Des milliers de passionnés d’impression 3D à travers le monde ont offert leur aide pour soutenir les médecins, infirmières et autres personnels soignants dans leurs communautés et au-delà.

The Makers Group fait partie de ces bénévoles. Situé en Russie, deuxième pays au monde en nombre de contaminations depuis le milieu du mois de mai, le groupe a commencé à fournir de l’aide à travers le pays en créant des solutions pour les patients et le personnel soignant.

Les embouts sur mesure imprimés en 3D permettent d’attacher des filtres à air à un certain type de masques de plongée et améliorent ainsi la protection du personnel soignant contre les virus.

Jetons un œil à trois projets fascinants récemment mis en place par le groupe :

Masques de plongée pour les médecins et le personnel soignant

Les masques et autres équipements de protection individuelle (EPI) fiables sont une nécessité absolue pour les professionnels de la santé travaillant dans des conditions dangereuses. Toutefois, au fur et à mesure que les semaines de pandémie sont devenues des mois, les réserves de masques et de visières se sont réduites comme peau de chagrin dans de nombreux hôpitaux et cliniques.

Même quand ils sont disponibles, les masques médicaux standards présentent des défauts, notamment leur tendance à laisser passer l’air contaminé ainsi que les gênes qu’ils occasionnent quand on les porte la majorité de la journée.

Voilà pourquoi des médecins russes se sont mis à utiliser une marque de masques de plongée pour remplacer les masques et visières habituels. L’enseigne d’articles de sport Decathlon a généreusement fait don de 10 000 de ces masques à des médecins et personnels soignants russes.

Déballage d’un des masques de plongée offerts par l’enseigne d’articles de sport Decathlon

Constitué d’une membrane étanche se plaquant sur le visage, le masque protège son porteur de tout contact direct avec des particules virales. L’inconvénient de cette solution toute prête réside dans le fait qu’aucun filtre ne couvre le tuba situé au sommet du masque. Autrement dit, l’air entrant dans le masque par cette ouverture pourrait très bien contenir le virus.

Pour pallier cette vulnérabilité, The Makers Group a créé un embout sur mesure imprimé en 3D qui, une fois fixé au tuba, permet d’attacher un filtre à air de qualité professionnelle au masque.

Une union parfaite : l’embout noir imprimé en 3D connecte solidement le masque au filtre à air

Lorsque certains médecins ont fait part de difficultés à respirer avec un seul filtre à air, une solution à deux embouts a été créée pour permettre la fixation de deux filtres.

Un des masques de plongée personnalisés, avec un système à deux filtres

De cette façon, tout l’air entrant à l’intérieur du masque est filtré et peut être respiré sans risque. Très demandés aux quatre coins du pays, plusieurs milliers d’adaptateurs pour un ou deux filtres ont déjà été imprimés en 3D.

Tout frais sortis du four : connecteurs à double filtre imprimés en 3D et prêts à être fixés aux masques

Un problème persistait néanmoins. Initialement conçu pour être utilisé dans l’eau, le masque est constitué d’une soupape de drainage permettant à l’eau qui se serait infiltrée dans le masque pendant la plongée de s’en échapper.

Masque de plongée, avec sa soupape de drainage encadrée

En milieu hospitalier toutefois, d’autant plus en pleine menace virale, cette soupape pourrait potentiellement permettre à de l’air contaminé d’entrer à l’intérieur du masque. The Makers Group a réfléchi à différentes façons de résoudre ce problème. Il a rapidement décidé qu’en raison de la complexité du masque, seul le scan 3D pourrait lui fournir une bonne base de travail.

Denis Baev, d’Artec 3D, a offert son aide. Compte tenu de la demande extrêmement élevée en masques, le scan devait être réalisé en 5 minutes maximum. Après quoi le médecin aurait besoin de récupérer son masque pour continuer son long service.

La soupape de drainage du masque scannée par Denis Baev d’Artec 3D

À l’aide d’Artec Space Spider, un scanner 3D portable professionnel conçu pour la numérisation d’objets avec des géométries complexes et de grandes quantités de détails, Denis a scanné le masque entier en haute résolution 3D en moins d’une minute. Étant donné que le masque était en plastique transparent, du spray matifiant Krylon a été utilisé avant le scan.

Le scanner 3D portable Space Spider

La surface du masque compliquait encore le scan malgré le spray. Denis a donc augmenté la sensibilité de Space Spider, ce qui est rarement nécessaire. Avec ce degré de sensibilité, le scanner a rapidement numérisé le masque.

Les scans ont ensuite été traités dans Artec Studio 15 en trois minutes et exportés dans Geomagic Design X au format STL. L’outil Maillage vers CAO automatique de Design X a rapidement transformé le fichier STL en modèle CAO fonctionnel.

Scan réalisé par Space Spider de la partie inférieure du masque avec la soupape de drainage (à gauche) et son modèle CAO (à droite)

Grâce à ce modèle CAO, d’autres membres de The Makers Group ont créé une fixation parfaitement adaptée au masque et constituée d’une soupape unidirectionnelle, résolvant ainsi le problème.

Désormais, à chaque fois qu’une pression excessive s’exerce à l’intérieur du masque, la soupape unidirectionnelle permet à l’air de s’échapper et crée immédiatement une étanchéité empêchant à tout air potentiellement contaminé d’entrer.

Prêt à l’emploi : fixation avec soupape unidirectionnelle imprimée en 3D et masque

Dans toute la Russie, des médecins portent désormais chaque jour leur masque de plongée transformé en masque médical avec cette fixation pour soupape de drainage bien en place.

Oreillers à gel pour les malades du Covid-19

Les médecins ont rapidement découvert qu’allonger les malades du Covid-19 souffrant d’une pneumonie sur le ventre permettait à ces derniers de respirer bien plus aisément et aux médecins de les assister plus facilement avec la ventilation mécanique. Les patients couchés face contre l’oreiller ou le lit peuvent toutefois développer des escarres très douloureuses en à peine 4 ou 5 heures.

Heureusement, des oreillers à gel spéciaux permettent de soutenir le visage d’un patient allongé sur le ventre sans lui occasionner de gênes. Ces derniers temps, ces oreillers sont néanmoins devenus presque introuvables. Et même quand ils sont disponibles en petites quantités, leur prix les rend inaccessibles aux hôpitaux qui en ont désespérément besoin.

The Makers Group a essayé différentes façons de créer ces oreillers à gel, y compris à l’aide de la CAO et de l’impression 3D, mais n’a pu obtenir de résultats satisfaisants reproduisant la forme organique unique de l’oreiller à mémoire de forme ainsi que de son matériau doux qui offre un soutien.

Heureusement, un patient d’un hôpital a proposé de prêter son oreiller à gel pour la bonne cause. Ce dernier ne pouvait pas quitter l’hôpital et devait être rendu au patient 2 ou 3 minutes plus tard. Mais ce délai s’est avéré suffisant.

Afin de numériser rapidement l’oreiller et sa surface semi-transparente, Denis l’a d’abord aspergé de cyclododécane en aérosol pour lui donner un fini mat blanc et faciliter son scan. Artec Eva a scanné l’oreiller en quelques secondes, numérisant toutes ses surfaces et ses contours à 16 images par seconde.

Scan de l’oreiller à gel avec le scanner 3D portable Artec Eva

À l’aide du logiciel Artec Studio, deux minutes ont suffi à transformer les scans en fichier STL. Le traitement a consisté en un Enregistrement global, une Fusion fine, un Filtre pour petits objets, une Simplification de maillage, et la Gomme en dernier lieu.

Le fichier STL a ensuite été envoyé au médecin travaillant sur le design de l’oreiller avec The Makers Group, puis transformé en modèle CAO, qui a servi à créer un moule pour la fabrication des oreillers.

Modèle STL (à gauche) et modèle CAO de l’oreiller à gel (à droite)

Le moule final imprimé en 3D est constitué de trois pièces séparées. Les résultats tant attendus ont nécessité beaucoup de travail. Le silicone médical moelleux de remplissage a par exemple été quasi impossible à trouver. Après moult recherches, Gueorgui Serejkine de Globatek, revendeur Or Artec, est arrivé à la rescousse et a mis les designers en contact avec un fournisseur du matériau voulu : un gel doux mémorisant la forme voulue tout en étant sûr et hypoallergénique pour une utilisation prolongée.

Les premiers oreillers d’essai ont déjà été fabriqués et sont actuellement utilisés. L’objectif est d’augmenter la production et de livrer les oreillers à une plus grande échelle afin que le plus grand nombre de patients possible puisse les utiliser.

Prototype en mousse de l’oreiller à gel

Purificateur d’air personnel improvisé

Des milliers de médecins et de professionnels de la santé n’ont actuellement pas accès à des purificateurs d’air portables. Il s’agit pourtant d’une solution très efficace. Même les meilleurs masques à filtres peuvent être difficiles à porter pendant de nombreuses heures d’affilée, en particulier quand vous êtes physiquement actif et devez respirer davantage.

Sans oublier que les masques, y compris médicaux, peuvent parfois être inefficaces. Des études ont montré que la résistance accrue des filtres à air professionnels peut provoquer des fuites sur les bords du masque ou au niveau du joint facial. Par ailleurs, avec le temps, les filtres des masques standards deviennent souvent encombrés et contaminés.

Un purificateur d’air portable nettoie l’air des virus et des bactéries, et pompe cet air purifié directement vers le porteur. Cependant, même si ces dispositifs étaient disponibles localement (ce qui n’est pas le cas), leur prix serait inabordable pour les professionnels de la santé, dont la majorité doivent payer de leur poche leurs masques et équipements de protection.

Un purificateur d’air simple

The Makers Group s’est mis au travail dès qu’il a eu vent de cette nécessité urgente. Grâce à certains des ingénieurs les plus brillants du pays, le groupe a conçu un purificateur d’air improvisé utilisant des pièces excédentaires. Étonnamment efficace, il peut être fabriqué et distribué rapidement.

Le purificateur d’air improvisé conçu par The Makers Group

Placé dans une boîte à tartines en plastique, le cœur du système consiste en un filtre d’aspirateur, une lampe à rayons UV pour tuer les virus et les bactéries, et un ventilateur d’ordinateur pour souffler l’air purifié vers le porteur. La source d’alimentation de ce dispositif est une batterie rechargeable intégrée et son chargeur.

Le boîtier de la batterie était toutefois encombrant pour les médecins travaillant dans des hôpitaux bondés bourdonnant d’activité. The Makers Group s’est donc remis à la tâche avec l’objectif de réduire la taille du boîtier tout en conservant sa fonctionnalité.

Boîtier de la batterie rechargeable

Le groupe a demandé à Denis de scanner le petit dispositif avec Space Spider de façon à pouvoir créer un modèle 3D. Même si l’objet semble relativement simple au premier abord, il est en réalité complexe du point de vue de son scan 3D. Fabriquées en plastique noir, avec des zones encastrées des deux côtés des broches du chargeur, ses parois internes se sont révélées difficiles à numériser.

Après plusieurs tentatives, la paroi interne droite a été scannée, tandis que celle de gauche n’était pas encore disposée à être numérisée en raison de sa proximité avec les broches, qui bloquaient la vue du scanner.

La solution ? Denis a utilisé les outils Positionnement précis et Miroir d’Artec Studio 15 pour copier facilement la paroi interne droite sur le côté gauche et l’aligner parfaitement.

Quelques minutes plus tard, les scans étaient transformés en un modèle 3D hautement précis.

Ce modèle a été envoyé à The Makers Group et sert au développement et au test de ce purificateur d’air abordable et très efficace.

Une fois de plus, les scanners Artec 3D se sont révélés être des outils précieux pour aider à résoudre rapidement et facilement des problèmes réels majeurs. Que vous scanniez des masques ou des oreillers à gel, numérisiez et inspectiez les premiers cycles de fabrication de composants de ventilateurs, ou effectuiez d’innombrables autres tâches, Artec 3D a les scanners répondant à chacun de vos besoins.

Il peut aussi bien s’agir de la numérisation si parfaite d’une abeille que vous pouvez compter ses stigmates (Artec Micro), jusqu’au scan d’un Airbus A380 en une après-midi paisible (Artec Ray) et à la création d’un modèle 3D si exact que vous pouvez mesurer précisément la profondeur des sculptures sur chaque roue. Quels que soient votre objet et votre application, nous avons ce qu’il vous faut.