Aktuální vydání

celé číslo

05

2020

snímače teploty

celé číslo

Na CIIRC ČVUT vyvinuli ochrannou polomasku vhodnou pro distribuovanou výrobu

V souvislosti s šířením koronaviru SARS-CoV-2, které nabylo charakteru pandemie, se objevila zvýšená potřeba ochranných pomůcek vhodných pro ty, kdo přicházejí do přímého styku s nakaženými a potenciálně nakaženými osobami. Všichni začali šít ochranné roušky – ale inženýři z CIIRC ČVUT v Praze se rozhodli, že se pustí do něčeho složitějšího.

Výsledkem jejich vývoje je polomaska CIIRC RP95-3D vhodná pro aditivní výrobu na 3D tiskárně.


Rouška, respirátor, polomaska, maska

V médiích se v minulých dnech opakovaně objevila informace, že vědci na CIIRC ČVUT v Praze vyvinuli nový respirátor, který bude možné tisknout na 3D tiskárnách. Není to pravda. Zdejší inženýři nevyvíjeli respirátor, ale polomasku. Nazývat věci správnými jmény zde není žádná libůstka, ale dost zásadní věc, jak uvidíme dále: respirátor je určený zpravidla k jednorázovému použití a nepočítá se s tím, že by se používal opakovaně. Nemusí tedy odolávat opakovanému čištění a sterilizaci, po použití se zahodí. Masky (chrání celý obličej včetně očí), čtvrtmasky (chrání nos a ústa) polomasky (chrání nos, ústa a bradu) naproti tomu mají výměnný filtr a lze je použít opakovaně.

Obr. 1. Polomaska CIIRC RP95-3D vyvinutá v rekordně krátké době na CIRC ČVUT

Respirátory a masky patří mezi osobní ochranné pomůcky. Chrání tedy svého nositele, nikoliv jeho okolí. K tomu jsou určené chirurgické ústenky a obličejové roušky.


Lze polomasku vyrábět na 3D tiskárně?

Na otázku, zda lze polomasku vyrábět na 3D tiskárně, lze odpovědět jednoduše: nelze. Při 3D tisku se výrobek skládá z jednotlivých zrnek materiálu spékaných laserem, mezi nimiž zůstávají póry. Není tedy možné zaručit, že takto vyrobená polomaska bude těsnit. Jedinou možností je speciální povrchová úprava, ale ta proces výroby prodlužuje a prodražuje. Přesto tento postup v CIIRC ČVUT vyzkoušeli, jenže se ukázalo, že ani tak nebylo možné zajistit požadovanou neprodyšnost.

Existuje však jiná možnost, jak polomasky na 3D tiskárně vyrábět, a právě tuto cestou se na CIIRC ČVUT pustili. Je třeba použít speciální technologii a speciální tiskárnu. Použitá technologie se nazývá MJF – Multi Jet Fusion. Tiskárny, které tisknou technologií MJF, nepoužívají k sintrování zrnek materiálu laser. Prostor, kam se bude prášek nanášet, se rovnoměrně zahřeje, a potom se na místa, kde je nutné částice roztavit a spojit do kompaktního materiálu, nastříká spojovací činidlo. Po obvodu je nastříkáno speciální činidlo, které zaručuje velkou přesnost povrchových detailů a kvalitu povrchu. Nanášený prášek rovnoměrně distribuuje teplo v celé ploše právě vyráběné vrstvy a nad plochou kontinuálně přejíždí vytvrzovací lampa.

Polomasky CIIRC RP95-3D jsou navržené k výrobě právě technologií MJF. Běžné stolní tiskárny tedy pro jejich výrobu nejsou vhodné. Tiskárny MJF dodává firma HP, Jsou výkonné, přesné, ale velmi drahé. V Česku je jich jen několik. První zkušební sérii polomasek vytiskla firma Škoda Auto. Na stránkách www.RP95.cz se mohou zájemci, kteří tyto tiskárny vlastní, přihlásit o výrobní dokumentaci – musí však zadat sériové číslo své tiskárny, aby se ověřilo, že tuto tiskárnu skutečně vlastní. Polomasky vyráběné jinými technologiemi 3D tisku nezaručují neprodyšnost a nesmí se používat.

 

Polomaska potřebuje filtr

Polomaska sama o sobě nechrání – potřebuje dýchací filtr. Ten ale 3D tiskárnou zhotovit nelze. Naštěstí filtry není třeba složitě a draze dovážet z ciziny. Sigma Výzkumný a vývojový ústav v Lutíně vyrábí filtry s univerzálním závitem, na které je polomaska upravena. Pro výrobce, který by chtěl použít jiné filtry, stačí snadno upravit závit polomasky. Poslední, co je třeba, je silikonové těsnění. S ním výzkumníkům z CIIRC ČVUT pomohla firma 3D Tech.

Obr. 2. Sestava polomasky CIIRC RP95-3D

 

Certifikace

Polomaska je osobní ochranná pomůcka a jako taková musí vyhovovat příslušným normám – v tomto případě jde o normu ČSN EN 140: Ochranné prostředky dýchacích orgánů – Polomasky a čtvrtmasky – Požadavky, zkoušení a značení. Polomaska CIIRC RP95-3D úspěšně prošla prvními zkouškami a v kombinaci s filtrem P3 byla zařazena do třídy FFP3. Masky na ochranu dýchacích orgánů třídy ochrany FFP3 (Filtering Face Piece) poskytují maximálně možnou ochranu před zatížením znečištěným ovzduším a norma říká, že: „při celkovém úniku maximálně 5 % a potřebné ochraně alespoň 99 % před pevnými částicemi až do velikosti 0,6 μm jsou schopny filtrovat toxické, karcinogenní a radioaktivní pevné částice; tyto masky na ochranu dýchacích orgánů lze použít v pracovních prostředích, kde je překročena nejvyšší hodnota vystavení při práci až o třicetinásobek hodnoty specifické pro daný obor.“

Norma také stanovuje požadavky na dezinfekci osobních ochranných pomůcek. Zde se vracím k rozdílu mezi respirátorem a polomaskou: zatímco respirátory jsou určené pro jednorázové použití, polomaska se může používat opakovaně. Správné a bezpečné postupy opakované sterilizace polomasky CIIRC RP95-3D byly konzultovány s týmem České kardiologické společnosti. Prokázalo se, že maska zůstala těsná a plně funkční i po sterilizaci v autoklávu. Masku testovala Národní referenční laboratoř SZÚ a těsnost následně potvrdila zkušebna Výzkumného ústavu bezpečnosti práce. Testuje se nejen těsnost, ale také to, zda materiály, z nichž je maska vyrobena (konkrétně jde o polyamid PA12) nebudou dráždit pokožku toho, kdo masku nosí.

  

Koho polomaska chrání?

Polomasky, stejně jako respirátory, jsou určené k ochraně dýchacích orgánů toho, kdo je nosí. Ačkoliv tedy formálně splňují požadavek epidemiologů nevycházet bez zakrytých úst a nosu, na rozdíl od roušek okolní osoby nijak nechrání a nemohou být pro tyto účely používány. To se netýká jen polomasek CIIRC RP95-3D, ale všech respirátorů (s výjimkou nejjednodušších respirátorů bez výdechového ventilku) a polomasek, bez ohledu na jejich výrobce. Chránit okolí není jejich účelem.

Obr. 3. Polomaska je osobní ochranná pomůcka, která chrání svého nositele: pro ochranu okolí je třeba ji doplnit např. chirurgickou ústenkou, jak předvádí Ondřej Velek, ředitel CIIRC ČVUT

Pokud jde o využití ve zdravotnictví, jsou respirátory a masky vhodné pro osoby, které se pohybují v nebezpečném infekčním prostředí. Tedy např. pro lékaře nebo zdravotní sestry, kteří ošetřují nemocné. Polomasky CIIRC RP95-3D chrání jen dýchací orgány a je třeba je doplnit ještě o ochranu očí (štít, brýle) a pokožky (rukavice, oděv).

Hrozí-li nebezpečí, že by zdravotní pracovník sám mohl být zdrojem nákazy, je třeba masku doplnit ještě chirurgickou ústenkou – tak, jak ji má nasazenou na obr. 3 Ondřej Velek, ředitel CIIRC ČVUT. Jde o praxi, která se osvědčila mj. lékařům v čínské provincii Chu-pej, odkud se současná epidemie koronaviru SARS-CoV-2 začala šířit. Maska chrání zdravotníka, ústenka jeho pacienta.

  

Kapacita výroby

Aditivní technologie je obvykle vhodná pro výrobu prototypů, nikoliv pro sériovou výrobu. Důvodem je omezená rychlost tisku. U polomasek CIIRC RP95-3D je to konkrétně 50 až 70 kusů denně na jedné tiskárně. Jak bylo uvedeno, polomasky lze tisknout pouze na tiskárnách využívajících technologii MJF. Těch je na celém světě něco kolem tisícovky; v České republice jich je sedm. To ovšem zdaleka neuspokojí poptávku. Jak jsem již uvedl, snaha upravit postup výroby pro tisk na běžných stolních tiskárnách se ukázala být slepou uličkou. Proto se konstruktéři z CIIRC ČVUT rozhodli polomasku modifikovat pro výrobu na vstřikovacích lisech. Potřebnou formu lze opět vyrobit postupy aditivní výroby. V těchto dnech (článek píšu v sobotu 28. března) probíhá testování prototypů masky RP95-M vyráběných vstřikováním. Tým CIIRC ČVUT vyzval potenciální výrobce, kteří vlastní vhodné vstřikolisy, aby se jim přihlásili v případě, že jsou schopní a ochotní masky vyrábět. V České republice je v současné době zájemců tolik, že v případě, že prototyp projde zkouškami, bude kapacita výroby 10 000 kusů denně.

Protože vývoj a výroba prototypů jsou financovány z evropského programu RICAIP, budou výsledky dostupné i mimo Českou republiku. To je velká výhoda moderní distribuované výroby: podklady k tisku polomasky, bude-li celá vyráběna tiskem, nebo k tisku formy, bude-li to varianta vyráběná vstřikováním, je možné sdílet s kýmkoliv, kdo má příslušné technologické vybavení. Masky není třeba dovážet z druhého konce světa, ale vyrobí se tam, kde jsou třeba.

[S využití tiskových zpráv CIIRC ČVUT. Foto. CIIRC ČVUT.]

Petr Bartošík