Gli scanner Artec 3D contribuiscono alla lotta contro il Covid-19

11/06/2020

Di Matthew McMillion

Negli ultimi mesi, la pandemia di Coronavirus ha travolto i sistemi sanitari e i loro ospedali, spingendoli ai limiti. Medici e infermieri di tutto il mondo, ormai esausti, stanno facendo del loro meglio con le risorse disponibili, ormai in costante diminuzione.

Allo stesso tempo, i leader del settore hanno avuto difficoltà a rispondere con sufficiente solerzia, spesso impiegando settimane per prendere decisioni su strategie efficaci, trovare nuovi fornitori e riattrezzare i macchinari esistenti per produrre maschere, ventilatori e sistemi di filtraggio dell'aria.

Ma molti non sono stati con le mani in mano in questa lotta. Migliaia di appassionati di stampa 3D in tutto il mondo hanno risposto alla chiamata per offrire volontariamente il loro aiuto per supportare medici, infermieri e altri operatori sanitari in prima linea nelle loro comunità e oltre.

Uno di questi gruppi, The Makers Group, si trova in Russia, dove a metà maggio il livello di infezione ha raggiunto il secondo livello di contagi più alto al mondo. Il gruppo ha iniziato a fornire assistenza in tutto il paese progettando e creando soluzioni per pazienti e personale medico.

Gli ugelli stampati su misura in 3D consentono di collegare i filtri dell'aria a un design personalizzato di maschera per lo snorkeling, migliorando così la protezione del personale medico contro i virus

Diamo un'occhiata a tre affascinanti progetti che hanno preso recentemente il via:

Maschere da snorkeling per medici e operatori sanitari

Avere maschere affidabili e altri DPI (dispositivi di protezione individuale) è una necessità assoluta per gli operatori sanitari che lavorano in condizioni pericolose. Detto questo, poiché la pandemia si protrae ormai da mesi, in molti ospedali e cliniche, le scarse forniture di maschere e protezioni facciali sono quasi scomparse.

Anche se fossero disponibili, le maschere mediche standard hanno i loro svantaggi, come la loro tendenza a consentire occasionalmente all'aria contaminata di penetrare o il disagio di indossarle per molte ore al giorno.

Ecco perché i medici in Russia hanno iniziato a utilizzare un marchio commerciale di maschera per lo snorkeling in sostituzione alle maschere standard e agli schermi facciali. La catena di articoli sportivi Decathlon ha donato generosamente 10.000 di queste maschere a medici e operatori sanitari russi.

Una delle maschere da snorkeling donate dalla catena di articoli sportivi Decathlon

La maschera presenta una guarnizione che aderisce perfettamente attorno al viso, proteggendo chi lo indossa da qualsiasi contatto diretto con le particelle del virus. Tuttavia, il problema con questa soluzione risiede nel connettore del tubo dell'aria sopra la maschera, che non dispone di nessun filtro. Ciò significa che l'aria che entra nella maschera attraverso questa via potrebbe contenere il virus.

In risposta a questo problema, The Makers Group ha creato un ugello personalizzato stampato in 3D da montare sul connettore del tubo dell'aria, consentendo di accoppiare un filtro d'aria di livello professionale alla maschera.

Perfetta vestibilità: l'ugello nero stampato in 3D collega saldamente la maschera con il filtro dell'aria

E quando si è scoperto che alcuni medici trovavano più difficile respirare attraverso un solo filtro, è stata creata una soluzione a doppio tubo per consentire l'attacco di due filtri.

Una delle maschere personalizzate per lo snorkeling, con un sistema a doppio filtro

Ora tutta l'aria che entra nella maschera è filtrata e sicura per la respirazione. Questi ugelli a filtro singolo e doppio sono già stati stampati in 3D in migliaia di esemplari e sono molto richiesti in tutto il paese.

Appena sfornati: una serie di connettori a doppio filtro stampati in 3D pronti per essere montati sulle maschere

Eppure un problema con la maschera è rimasto. Poiché la maschera è stata originariamente progettato per l'uso in acqua, è dotato di una valvola di scarico situata nella sua parte inferiore. Questa valvola è stata progettata per consentire all'acqua di fuoriuscire dalla maschera in caso di infiltrazioni durante un'immersione.

Una maschera per lo snorkeling, con la valvola di scarico evidenziata

Ma in un ambiente ospedaliero, soprattutto in presenza di una minaccia virale, questa valvola potrebbe consentire all'aria infetta di entrare. The Maker's Group ha subito cercato vari modi per risolvere questo problema. Si è presto deciso che, a causa della complessità della maschera, solo la scansione 3D avrebbe dato loro le giuste basi su cui lavorare.

Denis Baev di Artec 3D si è offerto volontario per aiutare. Poiché le maschere erano estremamente richieste, c'era una finestra di appena cinque minuti per eseguire la scansione. Dopodiché, il dottore avrebbe avuto bisogno della maschera per poter continuare il suo lungo turno.

La parte della valvola di drenaggio della maschera è stata scansionata da Denis Baev di Artec 3D.

Utilizzando Artec Space Spider, uno scanner 3D portatile professionale progettato per catturare oggetti con geometrie complesse e alti volumi di dettagli, Denis ha scansionato l'intera maschera in 3D ad alta risoluzione in meno di un minuto. A causa della plastica traslucida della maschera, prima della scansione è stato utilizzato lo spray opacizzante Krylon.

Lo scanner 3D palmare Space Spider

Anche con lo spray, la superficie della maschera era ancora difficile da scansionare, quindi Denis ha aumentato la sensibilità dello Space Spider, un'operazione che viene raramente eseguita. Con questo livello di sensibilità, lo scanner ha catturato rapidamente la maschera.

Successivamente, le scansioni sono state elaborate in Artec Studio 15 in tre minuti ed esportate in Geomagic Design X come file STL. La funzionalità Mesh-CAD automatica di Design X ha trasformato rapidamente il file STL in un modello CAD funzionale.

Scansione di Space Spider della parte inferiore della maschera con valvola di scarico (a sinistra) e il suo modello CAD (a destra)

Utilizzando questo modello CAD, altri appassionati di The Makers Group hanno creato un attacco adattato alla maschera con una valvola unidirezionale, risolvendo così il problema.

Ora, ogni volta che si accumula una pressione eccessiva all'interno della maschera, la valvola unidirezionale consente la fuoriuscita dell'aria dall'interno, formando immediatamente una tenuta ermetica in seguito, impedendo così l'ingresso dell'aria contaminata.

Pronto per l'uso: l'attacco della valvola unidirezionale stampato in 3D e la maschera

I medici di tutta la Russia indossano ora ogni giorno le loro maschere per lo snorkeling con questo attacco con valvola di scarico ben saldato al suo posto.

Cuscini di gel per pazienti Covid-19

I medici hanno rapidamente scoperto che posizionare i pazienti con polmonite Covid-19 in posizione prona (noto anche come "proning") rendeva più facile la loro respirazione nonché il lavoro dei medici nell'aiutarli con la ventilazione meccanica. Tuttavia, sdraiarsi a faccia in giù su un cuscino o un letto può portare il paziente a sviluppare piaghe da decubito molto dolorose in sole 4-5 ore.

Fortunatamente esistono speciali cuscini in gel progettati per supportare comodamente il viso di un paziente mentre giace in posizione prona. Il problema è che questi cuscini sono quasi impossibili da trovare. Anche se disponibili in piccole quantità, i loro prezzi li mettevano ben fuori dalla portata degli ospedali che ne avevano così disperatamente bisogno.

The Makers Group ha testato vari modi per creare questi cuscini in gel, compreso l'uso del design CAD e della stampa 3D, ma a causa della forma organica unica e anatomicamente conforme del cuscino, nonché del suo materiale morbido, non c'era modo di ottenere risultati soddisfacenti.

Per fortuna un paziente di un ospedale si è offerto di prestare il suo cuscino di gel alla causa. Non poteva lasciare l'ospedale e mancavano solo 2-3 minuti prima che dovesse essere restituito al paziente. Ma è stato abbastanza.

Al fine di catturare rapidamente il cuscino, con la sua superficie semi-traslucida, Denis lo ha prima rivestito con dello spray di ciclododecano per dargli una finitura opaca bianca e renderlo più scansionabile. Artec Eva ha scansionato il cuscino in pochi secondi, catturando tutte le sue superfici e contorni a 16 fotogrammi al secondo.

Scansione del cuscino in gel con lo scanner 3D portatile Artec Eva

Utilizzando il software Artec Studio, in soli due minuti, le scansioni sono state trasformate in un file STL. Il flusso di lavoro dell'elaborazione ha visto i passaggi di registrazione globale, Sharp Fusion, Small Object Filter, Mesh Simplification e lo strumento Gomma alla fine.

Il file STL è stato quindi inviato al medico che lavorava con The Makers Group sulla progettazione del cuscino. Da lì, il file STL è stato trasformato in un modello CAD, che è stato quindi utilizzato per creare uno stampo per realizzare i cuscini.

Modello STL (a sinistra) e modello CAD del cuscino in gel (a destra)

Lo stampo finale, stampato in 3D, comprende tre pezzi separati, e per ottenere i risultati tanto agognati è stato necessario una grande mole di lavoro. Questo perché il materiale da otturazione, il silicone morbido per utilizzo medico, era quasi impossibile da trovare. Dopo molte ricerche, Georgy Serezhkin del rivenditore Artec Gold Globatek gli è venuto in soccorso, mettendo i progettisti in contatto con un fornitore per il materiale giusto, un gel morbido che avrebbe mantenuto la forma necessaria, ma anche sicuro e ipoallergenico per il paziente sul lungo termine.

Ora, con tutto al suo posto, i primi cuscini di prova sono già stati realizzati e sono attualmente in uso. Il piano è di aumentare la produzione e distribuire i cuscini su una scala più ampia, per fornirli al maggior numero possibile di pazienti.

Prototipo in schiuma del cuscino in gel

Sistema personale di filtraggio dell'aria ottimizzato

Avere un sistema portatile e attivo di filtraggio dell'aria è oggi una rara possibilità per migliaia di medici e operatori sanitari. Eppure è molto efficace. Anche le migliori maschere con filtri possono essere scomode da indossare per molte ore al giorno, in particolare in momenti di forte attività fisica quando hai bisogno di respirare di più.

Per non parlare del fatto che le maschere, incluse quelle di grado medico, possono ogni tanto fallire nel loro compito. È stato dimostrato che la maggiore resistenza dei filtri professionali può causare perdite sui bordi della maschera o sulla guarnizione facciale. Inoltre, con il tempo, i filtri maschera standard finiscono per ostruirsi o contaminarsi.

Un sistema portatile di filtraggio pulisce l'aria da virus e batteri e la pompa direttamente a chi indossa la maschera. Ma anche se tali dispositivi fossero disponibili localmente (e non lo sono), sarebbero ben al di fuori della fascia di prezzo dei professionisti medici, la maggior parte dei quali deve pagare per le proprie maschere e dispositivi di protezione.

Un semplice sistema di filtraggio dell'aria

Una volta che The Makers Group ha scoperto di questa pressante esigenza, si sono messi subito al lavoro. Alcune delle menti ingegneristiche più brillanti in tutto il paese hanno ideato un sistema di filtraggio dell'aria improvvisato che utilizza alcune parti di ricambio di vario tipo. È sorprendentemente efficace e può essere realizzato e distribuito rapidamente.

Il sistema di filtraggio dell'aria improvvisato progettato da The Makers Group

Ospitato in una scatola di plastica porta-sandwich, il cuore del sistema è costituito da un filtro per aspirapolvere, una lampada UV per uccidere virus e batteri e una ventola per PC che invia l'aria purificata al portatore della maschera. La fonte di alimentazione di questo dispositivo è una batteria ricaricabile integrata con un supporto di ricarica.

Ma la dimensione della batteria era troppo ingombrante per i medici impegnati nel contesto concitato e affollato degli ospedali. Quindi The Makers Group è tornato al lavoro, focalizzandosi sulla riduzione delle dimensioni della scatola, pur mantenendone la funzionalità.

Primo piano della scatola della batteria ricaricabile

Hanno chiesto a Denis di scansionare il piccolo dispositivo con Space Spider, in modo da poter realizzarne un modello 3D. Anche se a prima vista l'oggetto sembra abbastanza semplice, dal punto di vista della scansione 3D è stato una sfida. Realizzate in plastica nera, con aree incassate su entrambi i lati dei poli di ricarica, queste pareti interne si sono rivelate problematiche da catturare.

Dopo alcuni tentativi, la parete interna destra è stata catturata, mentre la parete interna sinistra non era ancora possibile da scansionare. Ciò era dovuto alla sua vicinanza ai poli di ricarica, che bloccavano la visione dello scanner.

La soluzione? Denis ha utilizzato i precisi strumenti di posizionamento e mirroring di Artec Studio 15 per copiare facilmente la parete interna destra sul lato sinistro e allinearla perfettamente in posizione.

Pochi minuti dopo, le scansioni sono state trasformate in un modello 3D ad alta precisione.

Questo è stato poi inviato al The Makers Group ed è stato utilizzato per lo sviluppo e il collaudo in corso di questo dispositivo di filtraggio dell'aria economico ma altamente efficace.

Ancora una volta gli scanner 3D Artec si sono dimostrati strumenti preziosi per aiutare rapidamente e facilmente a risolvere i problemi critici del mondo reale. Che tu stia scansionando maschere o cuscini in gel, acquisendo e ispezionando digitalmente le prime serie di produzione di componenti di ventilatori o innumerevoli altre attività, Artec 3D ha uno scanner per soddisfare ogni tua esigenza.

Tutto, dalla cattura digitale di un'ape così perfetta da poter contare i suoi spiracoli (Artec Micro), fino alla scansione di un Airbus A380 in un solo pomeriggio (Artec Ray), e ottenerne un modello 3D così esatto che puoi misurare con precisione la profondità del battistrada di ciascuna ruota. Qualunque sia il tuo oggetto e la tua applicazione, abbiamo quello che fa per te.

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