如何使用 3D 打印制作面具

在当前形势下，由于冠状病毒 COVID-19 的传播，我们正面临全球大流行，我们相信任何领域可以提供的任何贡献和帮助都是极其重要的，并且正在出现非常有趣的举措来自我们认为与传播相关的印刷行业 3D。

在过去的几天里，关于口罩这种基本防护装备短缺的消息频频传出，尤其是对于卫生专业人员而言，但对于其他因工作或其他情况而可能更容易接触病毒的人来说也是如此。

出于这个原因，抗菌 PLActive 灯丝制造商 Copper3D 的团队分享了一种面罩的设计，该面罩适用于几乎任何 3D FDM 打印机，其 STL 文件可免费下载：

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图片 1：NanoHack 掩模设计。资料来源：3D 铜。

这款面膜具有以下特点：

• 抗菌 和抗病毒 ，由 PLActive 制造，PLActive 是一种创新的纳米复合材料，由高质量的 PLA 和获得专利的、经过科学验证的高效纳米铜添加剂开发而成。
• 可回收 ：增加使用一次性外科口罩和呼吸器会对环境产生不利影响。为避免对生态系统造成这种不利影响，使用 PActive 丝进行打印会消耗可回收材料。
• 平面图案 ，以促进其在几乎所有 3D FDM 打印机中大规模制造。
• 模块化过滤系统 ：该面罩采用了一种新型模块化过滤系统，用于过滤细颗粒，该系统由一种使用经过验证的铜纳米复合材料来灭活病毒的材料制成。该过滤系统包括多个具有不同几何形状的层，以提供对细小颗粒的有效过滤。此外，它还可以容纳第三方过滤材料，例如无纺布丙烯、海绵或纺织品。
• 热成型能力 在 55 - 60 ºC 的温度下，只需使用吹风机或温水，即可为任何面部的解剖结构赋予正确的形状。
• 过滤控制和进气 .已证明长时间使用呼吸器会降低肺活量。这些一次性呼吸器不允许调节进气量或颗粒大小。该面罩采用模块化过滤盘，可有效调节进气量和颗粒大小。该系统可以通过使用无纺布过滤丙烯、衣服、海绵和不同的纺织品来定制，以降低过滤水平。

面罩的 3D 打印和组装非常简单，但为了安全使用，请务必遵循以下说明：

1. 用 20% 的填充物打印作品，没有支撑或木筏。每个面罩消耗约 40 克细丝，因此可以打印 750 克 PActive 线圈 17-18 个面罩。
2. 用吹风机或热水将面罩加热至 55 - 60 ºC。圆形部分必须完好无损，因此要加厚以避免变形。
3. 软化时，将位于下颌的鼻翼和调整翼合在一起。
4. 再次加热并将其放在脸上，使其完全适应每张脸。
5. 输入一个或两个额外的过滤器。如果使用过滤器，您可以使用圆形无纺布丙烯面罩 (A)（单片或双片）或添加棉质卸妆垫 (B)，使其与过滤系统的窗口紧密贴合。可以通过组合使用这些元素来调节过滤和气流。
6. 添加用于固定的松紧带。

图片 2：NanoHack 汇编说明。资料来源：Copper 3D。

另一种选择是使用灵活的抗菌 MD ¹ Flex filament，同样由Copper3D生产，具有柔韧性，打印出来的mask不需要加热适应。

另一方面，必须考虑到这些口罩虽然有效，但也有一定的局限性，例如生命周期短（约 8 小时）。呼吸道病毒，特别是 SARS-Cov-2 (COVID-19) 可以在不同的表面上存活长达 72 小时，因为在一天结束时，我们会在距离鼻子和嘴巴几毫米的地方捕获大量病毒/细菌，使我们自己进一步暴露在这些危险的微生物中。

最后，我们要感谢 NanoHack 项目及其来自美国和智利的科学家和工业设计师团队向社会公开了他们专利的描述和计划。

更新（3 月 20 日） ：Copper3D 发布了一份通讯，以解决对 Nanohack 的认证和使用的疑虑。查看出版物

更新（3 月 21 日） ：来自 Copper3D 的新通讯，其中指出 Nanohack 的过滤效率对于 1 微米的微生物为 96.4%，对于 0.02 微米的微生物为 89.5%。此外，它还详细介绍了在几乎任何 3D FDM 打印机中正确打印 Nanohack 的规格和配置。查看出版物

纳米黑客 2.0

近日，Copper3D团队分享了一款新的光罩设计：NanoHack 2.0。

与其他概念不同，NanoHack 2.0 由坚固且密封的整体结构组成，必须使用 PActive 进行 3D 打印，以提供最大程度的外部环境保护。为使面罩防水，框架采用 3D 打印边缘密封，MDFlex 是一种抗菌 TPU。

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图 3：NanoHack 2.0 掩模设计。资料来源：Copper 3D。

技术考虑

NanoHack 面罩是一种旨在针对空气中的颗粒提供保护并防止污染呼吸道的液体扩散的设备。

通过对自制口罩有效性的研究，发现NanoHack过滤材料（无纺布聚丙烯，与外科口罩使用的材料相同），对1微米的微生物的过滤效率达到96.4%，对1微米的微生物过滤效率达到89.5%对于0.02微米的微生物。

根据美国 FDA 的一项研究，普通外科口罩的设计由于松散，无法完全防止细菌和其他污染物。此外，外科口罩是一次性用品，必须安全处置。卫生当局建议将这些物品放入塑料袋中并扔掉；以及在处理用过的口罩后洗手。先前发表的研究表明，外科口罩和呼吸器中残留的高病毒载量可能是戴口罩的人和呼吸器以及其他人的病毒传播源。当厕所接触了您的口罩然后不洗手，或者当他们在没有采取适当的处置预防措施的情况下处置口罩时，就会发生这种情况。此外，手术室患者的手术呼吸器忽略的病原体会增加院内感染（住院期间获得的感染）的风险。出于所有这些原因，NanoHack 面罩使用了一种可回收且具有生物相容性的聚合物，其中包含具有抗菌特性的铜纳米复合材料：PLActive。

关于铜的抗菌活性，您可以看出是什么抑制了 SARS-CoV、流感和其他呼吸道病毒的复制和传播能力。这是因为它们具有很高的抗菌潜力（抗病毒和抗菌）。

图 4：铜的抗病毒活性。资料来源：Copper 3D。

因此，由于铜可以在短时间接触后灭活 SARS-CoV、流感病毒、H1N1 等病毒，并消除金黄色葡萄球菌、大肠杆菌或李斯特菌等危险细菌。来自制造商 Copper3D be 的 PActive 和 MDflex 灯丝。一种有效且低成本的补充策略，可通过限制院内感染传播来帮助减少各种传染病的传播。
NanoHack 被认为是一种适用于 FDM 3D 打印的抗菌面罩，并使用活性材料制造。对于其安装，必须使用活性无纺布聚丙烯过滤器（3 层）以获得额外的微生物保护。

根据 Borkow G. 的研究（使用基于氧化铜的过滤器中和悬浮液中的病毒。抗菌剂和化学疗法），浸渍有氧化铜的无纺布过滤器能够产生不同类型的病毒过滤器，包括呼吸道病毒。

图 5：NanoHack 2.0 掩膜滤镜的设计。资料来源：Copper 3D。

为了最佳地保护环境，建议使用 The Copper Company 开发的具有铜纳米复合材料的三层无纺聚丙烯过滤器。

图 6：使用铜颗粒过滤器减少病毒载量的表格。资料来源：Copper 3D。

图 7：浸渍有氧化铜的聚丙烯纤维的扫描电子显微镜图像。资料来源：Copper 3D。

在无法使用这种类型的过滤器的情况下，Anna Davies 的一项研究分析了不同材料的过滤器的效率，例如真空过滤器和棉或丝绸等纤维：

图 8：不同材料作为过滤器的有效性表。资料来源：Copper 3D。

使用建议

NanoMask 2.0 的目标是为人群提供针对空气中颗粒物的保护，并避免可能污染呼吸道的液体气溶胶的传播。请注意，它不是 N95 口罩。这是一个面罩，不应被视为经批准的 PPE。

对于卫生专业人员，该设备应作为最后的手段使用：不应操纵插管、机械通气或支气管镜检查或类似程序。

这款口罩设计用于公共空间，最长使用时间为 8 小时，每天更换一次无纺布过滤器。处理有源滤波器后，应洗手并遵循卫生当局建议的预防措施。

NanoMask的清洁小窍门如下：

1. 洗涤 :该设备应该用肥皂和水清洗。
2. 冲洗 :清洗后，应用清水冲洗干净。
3. 消毒 ：必须对设备进行消毒以灭活任何残留的病原体。为此，必须使用化学消毒，而不是使用高压灭菌器，因为 PActive 不能承受 80 ºC 或更高的温度。最容易获得的化学和杀菌方法如下所示：
1. 方法 1：酒精对流感病毒有效。乙醇 (70%) 是一种强大的广谱杀菌剂，通常被认为优于异丙醇。由于酒精易燃，因此限制将其用作小表面的表面消毒剂，并仅在通风良好的空间内使用。
2. 方法：大多数家用漂白剂溶液含有 5% 的次氯酸钠（有效氯含量为百万分之 50,000）。 推荐稀释度 :1:100 稀释 5% 次氯酸钠是通常的建议。使用 1 份漂白剂和 99 份冷自来水（1:100 稀释）对表面进行消毒。根据需要调整漂白剂与水的比例，以达到适当的次氯酸钠浓度。例如，对于含有 2.5% 次氯酸钠的漂白剂制剂，使用两倍的漂白剂（即 2 份漂白剂对 98 份水）。
4. 冲洗 ：如果使用化学消毒，请用无菌水或清水（即煮沸 5 分钟并冷却的水）冲洗。优选使用无菌水从经过化学消毒以供重复使用的呼吸装置中冲洗掉残留的液体化学消毒剂，因为自来水或蒸馏水可能含有可引起肺炎的微生物。然而，当用无菌水冲洗不可行时，可以用自来水或过滤水（即通过 0.2 μ 过滤器的水）冲洗。建议通过浸泡消毒，接触时间为 30 分钟。
5. 干燥设备 ：按照上一步进行酒精冲洗和强制风干。
6. 商店 ：将设备干燥存放在密闭包装中。

纳米黑客 2.2

Copper3D 最近发布了 NanoHack 2.0 掩码的更新； NanoHack 2.2.

与其前身一样，NanoHack 2.2 由整体结构组成。在这个新版本中，它由 3 层恒定的无角壁组成，以加强设备的结构。此外，内部滤波器结构提供两种选择：Voronoi或Gyroid。

NanoHack 2.2 的总打印时间为 4 1/2 小时。

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图 9：NanoHack 2.2 掩模设计。资料来源：Copper 3D。

NanoHack 2.0 和 NanoHack 2.2 面罩设计适合 12 厘米高的脸，从下巴尖到眼睛平面（刚好通过两眼之间的水平线）和颧骨之间的距离（直接在鼻子上测量）也是 12 厘米。如果您的脸小于或大于这些测量值，建议将模型尺寸调整 5 % 或 10 % 以完美贴合您的脸型。