Mencetak 3D Masker Pelindung: Panduan Langkah demi Langkah

Dalam situasi saat ini, di mana kita menghadapi pandemi global akibat penyebaran coronavirus COVID-19, kami percaya bahwa setiap kontribusi dan bantuan yang dapat diberikan dari setiap bidang akan sangat penting, dan muncul inisiatif yang sangat menarik dari sektor pencetakan 3D yang kami yakini relevan untuk disebarluaskan.

Selama beberapa hari terakhir, berita tentang kekurangan masker, perlengkapan pelindung dasar, terutama untuk tenaga kesehatan, tetapi juga untuk orang lain yang mungkin lebih terpapar virus karena pekerjaan mereka atau situasi lain, sering muncul.

Untuk alasan ini, tim Copper3D, produsen filament antibakteri PLActive, telah membagikan desain masker yang valid untuk diproduksi pada hampir semua mesin pencetak 3D FDM dan file STL-nya tersedia untuk diunduh secara gratis dan bebas:

UNDUH STL

Gambar 1: Desain masker NanoHack. Sumber: 3D Copper.

Masker ini memiliki karakteristik berikut:

• Antimikroba dan antivirus, diproduksi dengan PLActive, nanokomposit inovatif yang dikembangkan dengan PLA berkualitas tinggi dan aditif nanotembaga yang terpatentase, tervalidasi secara ilmiah dan sangat efektif.
• Dapat didaur ulang: Penggunaan yang meningkat masker bedah dan respirator satu kali pakai akan memiliki efek merugikan terhadap lingkungan. Untuk menghindari efek merugikan ini terhadap ekosistem, menggunakan filament PLActive untuk pencetakan adalah mengonsumsi material yang dapat didaur ulang.
• Pola datar, untuk memudahkan pembuatannya secara massal dan pada hampir semua mesin pencetak 3D FDM.
• Sistem filter modular: Masker ini mencakup sistem filter modular baru untuk partikel halus yang terbuat dari material yang menggunakan nanokomposit tembaga yang terbukti untuk menonaktifkan virus. Sistem filter ini mencakup beberapa lapisan dengan geometri yang berbeda untuk menyediakan penyaringan yang efektif untuk partikel halus. Selain itu, dapat menampung material filter pihak ketiga seperti polipropilena non-tenun, spons, atau tekstil.
• Kemampuan termoforming pada 55 - 60 ºC, yang memungkinkan untuk memberikan bentuk yang benar dari anatomi wajah apa pun hanya menggunakan penyangkat rambut atau air hangat.
• Kontrol penyaringan dan masuknya udara. Penggunaan respirator dalam waktu lama telah terbukti mengurangi kapasitas paru-paru. Respirator satu kali pakai ini tidak memungkinkan pengaturan masuknya udara atau ukuran partikel. Masker ini mencakup cakram filter modular yang dapat secara efektif mengatur masuknya udara dan ukuran partikel. Sistem ini dapat disesuaikan dengan menggunakan polipropilena non-tenun, pakaian, spons, dan tekstil berbeda untuk mengurangi tingkat penyaringan.

Pencetakan 3D dan rangkaian masker sangat sederhana, tetapi penting untuk mengikuti instruksi berikut untuk penggunaan yang aman:

1. Cetak bagian dengan isi 20 %, tanpa support atau rafts. Setiap masker mengkonsumsi sekitar 40 gram filament, jadi dengan gulungan 750 gram PLActive 17-18 masker dapat dicetak.
2. Panas masker ke 55 - 60 ºC dengan penyangkat rambut atau air panas. Bagian bulat harus utas, karena alasan ini lebih tebal untuk menghindari deformasi.
3. Saat mengunci, bawa bersama sayap hidung dan sayap penyesuaian yang terletak di rahang bawah.
4. Panas lagi dan tempatkan di wajah untuk menyesuaikannya sepenuhnya pada setiap wajah.
5. Masukkan satu atau dua filter tambahan. Jika menggunakan filter, Anda dapat menggunakan bagian bulat (tunggal atau ganda) dari masker non-tenun konvensional (A) atau menambahkan bantal kuku kapas (C), menyesuaikannya dengan baik pada jendela sistem filter. Penyaringan dan aliran udara dapat diatur dengan kombinasi elemen-elemen ini.
6. Tambahkan karet untuk pengikat.

Gambar 2: Instruksi rangkaian NanoHack. Sumber: Copper 3D.

Opsi lain adalah menggunakan filament MD¹ Flex fleksibel antibakteri, juga diproduksi oleh Copper3D, yang karena fleksibel, masker yang dicetak tidak perlu dipanaskan untuk penyesuaian.

Di sisi lain, harus diingat bahwa masker ini, meskipun efektif, memiliki keterbatasan tertentu, seperti siklus hidup yang singkat (sekitar 8 jam). Virus pernapasan, khususnya SARS-Cov-2 (COVID-19) dapat bertahan hingga 72 jam pada berbagai permukaan, karena pada akhirnya kita akan memiliki beban viral/bakteri yang tinggi yang terperangkap hanya beberapa milimeter dari hidung dan mulut kita, lebih menyediakan diri kita pada mikroba berbahaya ini.

Terakhir, kami ingin mengucapkan terima kasih kepada proyek NanoHack dan tim ilmuwan dan desainer industri dari Amerika Serikat dan Chile untuk menyediakan deskripsi dan rencana paten mereka bagi masyarakat.

UPDATE (20 Maret): Copper3D telah menerbitkan komunikasi untuk mengatasi ragu-ragu tentang sertifikasi dan penggunaan Nanohack. Lihat publikasi

UPDATE (21 Maret): Komunikasi baru dari Copper3D, di mana disebutkan bahwa efisiensi penyaringan Nanohack adalah 96,4 % untuk mikroorganisme 1 mikron dan 89,5 % untuk mikroorganisme 0,02 mikron. Selain itu, memberikan spesifikasi dan konfigurasi untuk pencetakan NanoHack yang benar pada hampir semua mesin pencetak 3D FDM. Lihat publikasi

NanoHack 2.0

Baru-baru ini, tim Copper3D telah membagikan desain masker baru: NanoHack 2.0.

Berbeda dengan konsep lain, NanoHack 2.0 terdiri dari struktur monoblock yang kuat dan rapat, yang harus dicetak 3D dengan PLActive untuk memberikan perlindungan maksimal terhadap lingkungan eksternal. Untuk membuat masker tahan air, bingkai dicap dengan tepi yang dicetak 3D dengan MDFlex, TPU antimikroba.

UNDUH STL

Gambar 3: Desain masker NanoHack 2.0. Sumber: Copper 3D.

Pertimbangan teknis

Masker NanoHack adalah perangkat yang dibuat dengan tujuan untuk menawarkan perlindungan terhadap partikel di udara dan mencegah penyebaran cairan yang mencemarkan saluran pernapasan.

Melalui studi tentang efektivitas masker buatan rumah, terdeteksi bahwa bahan filter NanoHack (polipropilena non-tenun, bahan yang sama yang digunakan dalam masker bedah), mencapai efisiensi penyaringan 96,4 % untuk mikroorganisme 1 mikron dan 89,5 % untuk mikroorganisme 0,02 mikron.

Menurut studi oleh FDA Amerika Serikat, desain masker bedah umum tidak memungkinkan perlindungan lengkap terhadap kuman dan kontaminan lain karena pasangan yang longgar. Selain itu, masker bedah adalah perangkat satu kali pakai yang harus dibuang dengan aman. Otoritas kesehatan merekomendasikan untuk menempatkan barang-barang ini dalam kantung plastik dan membuangnya; serta mencuci tangan setelah menangani masker yang digunakan. Penelitian yang diterbitkan sebelumnya telah menunjukkan bahwa beban viral yang masih tersisa dalam masker bedah dan respirator dapat menjadi sumber transmisi viral baik bagi orang yang memakai masker dan respirator maupun bagi orang lain. Ini dapat terjadi ketika orang menyentuh masker Anda dan kemudian tidak mencuci tangan mereka atau ketika mereka membuang masker tanpa tindakan pembuangan yang benar. Selain itu, patogen yang diabaikan oleh respirator bedah pada pasien di ruang operasi meningkatkan risiko infeksi nosokomial (infeksi yang didapat selama perawatan di rumah sakit). Untuk semua alasan ini, masker NanoHack menggunakan polimer yang dapat didaur ulang dan biocompatibel yang mengandung nanokomposit tembaga yang telah menunjukkan properti antimikroba: PLActive.

Tentang aktivitas antimikroba tembaga, Anda dapat mengatakan bahwa ia menghambat kemampuan replikasi dan penyebaran SARS-CoV, Influenza, dan virus pernapasan lainnya. Ini karena mereka memiliki potensi antimikroba yang tinggi (antivirus dan antibakteri).

Gambar 4: Aktivitas antiviral tembaga. Sumber: Copper 3D.

Dengan demikian, seperti tembaga dapat menonaktifkan virus seperti SARS-CoV, Influenza virus, H1N1, dan menghilangkan bakteri berbahaya seperti Staphylococcus aureus, Escherichia coli atau Listeria di antara yang lain, setelah paparan singkat. Filament PLActive dan MDflex dari produsen Copper3D adalah strategi komplementer yang efektif dan rendah biaya untuk membantu mengurangi transmisi berbagai penyakit menular dengan membatasi transmisi infeksi nosokomial.
NanoHack dikonsepsikan sebagai masker wajah antimikroba yang cocok untuk pencetakan 3D dalam FDM dan diproduksi dengan material aktif. Untuk pemasangannya, filter polipropilena non-tenun aktif (3 lapis) harus digunakan untuk mendapatkan perlindungan tambahan terhadap mikroorganisme.

Menurut studi oleh Borkow G. (Menyeutralkan virus dalam suspensi menggunakan filter berbasis oksida tembaga. Agen antimikroba dan kemoterapi), filter kain non-tenun yang diimpregnasi dengan oksida tembaga mampu menghasilkan filter virus berbagai jenis, termasuk virus pernapasan.

Gambar 5: Desain filter masker NanoHack 2.0. Sumber: Copper 3D.

Untuk perlindungan optimum terhadap lingkungan, disarankan untuk menggunakan filter polipropilena non-tenun tiga lapis dengan nanokomposit tembaga yang dikembangkan oleh The Copper Company.

Gambar 6: Tabel pengurangan beban viral dengan filter dengan partikel tembaga. Sumber: Copper 3D.

Gambar 7: Gambar mikroskop elektron pemindaian serat polipropilena yang diimpregnasi dengan oksida tembaga. Sumber: Copper 3D.

Dalam hal tidak memiliki akses ke jenis filter ini, studi oleh Anna Davies menganalisis efisiensi filter dari berbagai material seperti filter vacum dan serat seperti kapas atau sutra:

Gambar 8: Tabel efektivitas berbagai material sebagai filter. Sumber: Copper 3D.

Rekomendasi penggunaan

Tujuan NanoMask 2.0 adalah untuk menawarkan perlindungan bagi masyarakat terhadap partikel di udara dan untuk menghindari penyebaran aerosol cair yang dapat mencemarkan saluran pernapasan. Harap diperhatikan bahwa ini bukan masker N95. Ini adalah masker wajah dan tidak boleh dianggap sebagai PPE yang disetujui.

Hubungan dengan tenaga kesehatan, perangkat ini harus digunakan sebagai upaya terakhir: Intubasi, ventilasi mekanis, atau bronkoskopi atau prosedur serupa tidak boleh dimanipulasi.

Masker ini dirancang untuk digunakan di ruang umum, untuk maksimal 8 jam, dan untuk mengganti filter non-tenun sekali sehari. Setelah menangani filter aktif, Anda harus mencuci tangan dan mengikuti langkah-langkah yang direkomendasikan oleh otoritas kesehatan.

Tips pembersihan untuk NanoMask adalah sebagai berikut:

1. Pencucian: Perangkat harus dicuci dengan sabun dan air.
2. Pembilasan: Setelah dicuci, harus dibilas dengan baik dengan air bersih.
3. Desinfeksi: Peralatan harus didiskinfeksi untuk menonaktifkan patogen yang tersisa. Untuk ini, desinfeksi kimia harus digunakan, bukan menggunakan autoklaf, karena PLActive tidak menahan 80 ºC atau lebih. Metode kimia dan germisida yang paling mudah diakses ditunjukkan di bawah ini:
1. Metode 1: Alkohol efektif terhadap virus influenza. Alkohol etil (70%) adalah germisida spektrum lebar yang kuat dan secara umum dianggap lebih unggul daripada alkohol isopropil. Karena alkohol mudah terbakar, batasi penggunaannya sebagai desinfektan permukaan pada permukaan kecil dan gunakan hanya di ruangan dengan sirkulasi udara yang baik.
2. Metode: Sebagian besar larutan bleach rumah tangga mengandung 5% hipoklorit natrium (50.000 bagian per milium klorin yang tersedia). Pengenceran yang direkomendasikan: Pengenceran 1:100 dari 5% hipoklorit natrium adalah rekomendasi biasa. Gunakan 1 bagian bleach untuk 99 bagian air leding dingin (pengenceran 1:100) untuk mendiskinfeksi permukaan. Sesuaikan rasio bleach terhadap air sesuai kebutuhan untuk mencapai konsentrasi hipoklorit natrium yang tepat. Misalnya, untuk persiapan bleach yang mengandung 2,5% hipoklorit natrium, gunakan dua kali lebih banyak bleach (yaitu 2 bagian bleach untuk 98 bagian air).
4. Pembilasan: Jika menggunakan desinfeksi kimia, bilas dengan air steril atau bersih (yaitu air yang direbus selama 5 menit dan dinginkan). Air steril lebih disukai untuk membilas cairan desinfektan kimia yang tersisa dari perangkat pernapasan yang telah didiskinfeksi secara kimia untuk digunakan ulang, karena air leding atau air tisu dapat menampung mikroorganisme yang dapat menyebabkan pneumonia. Namun, saat pembilasan dengan air steril tidak dapat dilakukan, bilas dengan air leding atau air terfilter (yaitu air yang melewati filter 0,2 μ). Desinfeksi dengan merendam disarankan dengan waktu kontak 30 menit.
5. Keringkan peralatan: Ikuti langkah sebelumnya dengan bilasan alkohol dan pengeringan paksa dengan udara.
6. Simpan: Simpan peralatan dalam kondisi kering dalam kemasan tertutup.

NanoHack 2.2

Copper3D baru-baru ini merilis pembaruan untuk masker NanoHack 2.0; NanoHack 2.2.

Seperti pendahulunya, NanoHack 2.2 terdiri dari struktur monoblock. Dalam versi baru ini, terbuat dari dinding konstan 3 lapis tanpa sudut untuk memperkuat struktur perangkat. Selain itu, dua opsi ditawarkan untuk struktur filter internal: Voronoi atau Gyroid.

Waktu pencetakan total untuk NanoHack 2.2 adalah 4 1/2 jam.

UNDUH STL

Gambar 9: Desain masker NanoHack 2.2. Sumber: Copper 3D.

Masker NanoHack 2.0 dan NanoHack 2.2 dirancang untuk pas pada wajah tinggi 12 cm, diukur dari ujung dagu hingga bidang mata (garis horizontal yang melewati tepat di antara mata) dan jarak antara tulang pipi (diukur langsung di hidung) juga 12 cm. Jika wajah Anda lebih kecil atau lebih besar dari ukuran ini, disarankan untuk mengubah ukuran model sebesar 5 % atau 10 % untuk pas sempurna pada wajah Anda.