Fast Radius 面罩工程实录：设计、原型与创新

作者：Izzy de la Guardia，Fast Radius 应用工程师

全球大流行暴露供应链诸多脆弱性，也催生创新。特别是 3D 打印让专业人士和爱好者以空前速度和可及性将恐惧转化为行动。我们在开源呼吸器设计创建中亲历此过程。

以下回顾我们如何利用 3D 打印、跨职能团队、公司人脉网络，仅两周完成四个不同原型并进行三轮用户测试。

快速原型与用户测试

3 月中旬美国民众开始居家避险，Fast Radius 收到多份 3D 打印呼吸器请求，因 PPE 短缺担忧加剧。周五下午总经理 John Nanry 招募我领导设计应对。数小时后我们有首个可打印设计，灵感源自 Copper 3D 和 La Factoría 3D 的开源设计。

设计主旨是确保在所有内部增材机器（Stratasys FDM、Carbon DLS™、HP Multi Jet Fusion）可制造，保证合适悬垂角和真空排气。当晚在 Carbon DLS 产出首个原型。

这些原型推动后续设计变更：将前盖与主罩体合并为单件打印、加厚绑带环提升耐用性、降低网格密度并改圆形便于 FDM 打印。仅 24 小时后周六晚即开始打印第二版原型。

设计并行，我们激活人脉了解需求、招募用户测试者。不足 24 小时，P33 朋友连线十余位医生和医学研究基金会员工提供 N95 面罩深度洞察。员工也联系熟识医疗专业人士。周日，项目启动仅两天，我们在四地对 10 人进行第二版原型贴合测试。

随后两周持续“设计-打印-测试-迭代”模式。第三版原型重新设计滤芯保持机构。偏心半圆周几何体作为凸轮，扭转摩擦锁定到位。两个耳片在旋转锁定位强制盖向下压紧确保滤芯周围密封。我们制作心形穿孔版本降低威慑感。从此轮开始设计测试两种尺寸面罩。

第四版原型主要关注呼吸阻力和贴合度。为解决此，我们尝试最大化穿孔区域并最小化密度（遗憾失去爱心）降低气流阻力。根据用户测试反馈微调两尺寸测量值。此时我们对面罩功能和尺寸足够自信，发布版本一作为开源设计。

无障碍设计

为让面罩惠及更多人，我们创建可在家用 3D 打印机制造的开源设计。此决定增加设计材料约束。刚性面罩难贴合多样面型，我们探索在面罩内缘添加柔性材料改善面部密封。

我们在 Carbon DLS 用 SIL 30 原型验证首个概念。随后测试多种制造有效面部密封方法（如下），包括剪开手套、打印和模塑硅胶、可塑面部假体材料、FDM 打印 TPU 和 PLA 密封条、密封条。最终选择密封条，因其生物相容、易清洁、易采购。

快速组建团队

我归因项目成功快速迭代不仅于数字化设计工具和增材制造技术力量，还归功于从公司不同部门抽调的团队奉献与多元性。Daniel Baker（制造工程经理）提供 DFM 反馈并通宵打印后处理原型。Tim Ouradnik（应用工程师）采购密封材料、组装原型、驱车穿梭芝加哥进行保持社交距离用户测试。Uriah Foley 和 Eldon Whitis（实验室技术员）下班后在家用个人 3D 打印机测试原型、探索集成密封。

Nick Tonini（项目经理）提供无穷创意方案和设计反馈。Jerry O'Leary（首席设计师）改进设计、创建概念渲染。Charlie Wood（计算工程经理）主导密封设计。Hallee Deutchman（材料制造技术总监）发布前与合作伙伴和法务协调。Sheila Seles（高级内容经理）和 Austin Belisle（内容专员）打包、发布、推广设计。

以上致谢名单不仅肯定贡献者，更展示企业文化让新事物成为可能的力量。我们在正常职责团队架构外投入此项目，只为创造能对 Fast Radius 之外世界产生影响的产品。这种精神跨越公司边界；感谢 P33 和贡献时间专长的所有医生。如果此次大流行教会我们什么，我希望我们继续有意识地培育多元、谦逊、协作文化，共同应对全球迫切挑战。

我们的设计已就绪可打印。您可在我们网站找到 CAD 文件和说明。

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