埃太科™扫描仪响应号召,投身新冠肺炎抗疫行动

11/06/2020

作者Matthew McMillion

近几个月,全球新冠肺炎疫情对医疗系统和医院造成巨大压力,负荷能力接近极限。筋疲力尽的医护人员尽其所能利用不断紧缺的医疗物资。

同时,业内龙头企业很难迅速响应,通常要花几周时间才能决定有效策略,找到其他供应商,改造设备来生产口罩、呼吸器和空气净化系统。

但大家都没有选择坐以待毙。全球数千名3D打印爱好者响应号召,自愿在当地社区等地,协助医护人员和其他一线医疗工作者。

位于俄罗斯的Makers Group就是其中一个例子,5月中旬,俄罗斯感染人数高达全球第二。该集团开始为全国提供帮助,为患者和医护人员设计、提供解决方案。

3D打印的定制管口,方便将空气滤网安装在设计特别的浮潜面罩上,以加强对医疗人员的保护,避免接触病毒

他们近期参与了三个有趣的项目,我们来看下:

用于医护人员的浮潜面罩

对于在危险环境下工作的医疗人员而言,有一款可靠的面罩和其他个人防护设备非常必要。即便如此,几周后疫情延续数月,很多医院和诊所都面临口罩和防护面罩短缺难题。

即便不缺,标准医用口罩也有自身缺陷,有时会让污染气体渗透而不起作用,而且长时间佩戴非常不适。

因此,俄罗斯医生开始使用商用品牌的浮潜面罩,来代替标准口罩和防护面罩。运动品牌连锁迪卡侬为俄罗斯医护人员慷慨捐赠了10000个这样的面罩。

拆包运动品牌迪卡侬捐赠的浮潜面罩

这款面罩在脸部周围有一圈紧致的密封条,贴合脸部,避免穿戴者脸部与病毒颗粒直接接触。但问题是,这款现成的解决方案采用的是面罩上加气管接口,没有滤网。这意味着经过气管进入面罩的空气极有可能带有病毒。

为解决这一缺陷,Makers Group定制了一款3D打印管口,安在气管接口上,为面罩上的专业空气滤网留出了空间。

完美贴合:3D打印的黑色管口安全连接面罩和空气滤网

后来,他们发现身材高大的医生只用一个滤网会呼吸困难,于是,又研发了两张滤网的双管方案。

配有双过滤系统的定制浮潜面罩

现在,进入面罩的空气都经过过滤,可安全吸入。这些单层和双层接口已经3D打印了几千个,目前在全国需求量很高。

新鲜出炉:一组3D打印的双滤网接口即将安装到面罩上

但面罩还有个问题没解决。因为最初的设计是用于水下,因此面罩下方有一个出水阀门。这主要是为了在潜水过程中,让误入面罩的水流出。

浮潜面罩,出水口标红

但在医院,特别在病毒威胁下,这阀门可能会让污染的空气进入面罩。Makers Group集思广益,尝试多种方式解决了这一问题。他们很快发现,由于面罩设计复杂,只有3D扫描可以制作出基底材料,方便他们进行后期改造。

Artec 3D的Denis Baev愿意提供帮助。由于面罩需求很大,所以最多只有5分钟的扫描时间。之后,医生就要把口罩收回,继续回到繁忙的岗位上。

Artec 3D的Denis Baev需要扫描的面罩出水阀。

Artec Space Spider是一款专业手持式3D扫描仪,用于捕获带有复杂几何和大量细节的物体。Denis使用这款扫描仪扫描了整个面罩,不到一分钟,就完成了高分辨率3D扫描。由于面罩采用的是半透明塑料,所以他在扫描前使用了Krylon喷雾。

Space Spider手持式3D扫描仪

尽管用了喷雾,但面罩表面还是有一定扫描难度,所以Denis提高了Space Spider的敏感度,通常是不需要这么操作的。敏感度提高后,扫描仪很快捕获了面罩。

随后,在Artec Studio 15中三分钟处理了扫描,并以STL文件导出至Geomagic Design X。Design X的自动网格至CAD功能很快将STL文件转成了可操作的CAD模型。

Space Spider扫描了带出水阀的面罩下半部分(左)和CAD模型(右)

Makers Group的其他项目人员使用CAD模型制作了一个完美贴合的盖子,可覆盖单向排气阀门,解决了问题。

现在,只要面罩内部气压变大,单向阀门就会排出空气,使密封条紧贴脸部,避免任何污染气体进入。

准备就绪:3D打印的单向阀门盖与面罩

这款浮潜面罩变身的医学面罩阀门牢固稳定,俄罗斯医生现在每天都戴。

新冠肺炎患者用的凝胶枕

医生很快发现,让新冠肺炎患者俯卧(也称“俯卧”疗法)可便于他们呼吸,也方便医生给他们使用医用呼吸机。但是,面朝下俯卧只要短短4-5个小时,患者就会肌肉酸痛。

很巧,市面上有特制凝胶枕,可以俯卧时支撑患者脸部。问题是近来这种枕头很难找到。即便有货,价格也高得离谱,急需枕头的医院根本无法负担。

Makers Group尝试了很多方法来制作凝胶枕,包括使用CAD设计和3D打印,但由于枕头外形自然独特且贴合身形,材料柔软支撑性强,团队很难获得满意的效果。

幸运的是,医院一位患者愿意把他的凝胶枕借给团队。他无法离开医院,团队只有2-3分钟的时间,之后必须还给患者。但这点时间也足够了。

为了能快速捕获半透明的枕头,Denis先用Cyclododecane喷雾给枕头涂了一层白色哑光漆,降低扫描难度。Artec Eva 几秒钟就扫完了枕头,以16帧/秒的速度捕获了所有表面和轮廓。

使用Artec Eva手持式3D扫描仪扫描凝胶枕

仅需两分钟,Artec Studio软件就将扫描转成了STL文件。处理工艺包括全局配准、网格简化、尖锐融合,以及最后的橡皮擦工具。

STL文件随后发给医生,Makers Group和医生一起决定枕头的设计。随后,STL文件转成CAD模型,并用于枕头模具的制作。

凝胶枕的STL模型(左)和CAD模型(右)

最终的3D打印模型包含三个独立部分,为获得理想效果,团队投入了大量工作。柔软填充物医用级硅胶很难获得。经过各种搜索,Artec金牌经销商的Georgy Serezhkin想出了办法,让设计师与供应商联系,找到了合适的材料,这是一款软凝胶,可维持想要的形状,同时安全性高,低致敏,适合患者长期使用。

好,一切就绪,第一个测试枕已完成并投入使用。团队计划增加产量,为更多客户提供这一产品,尽可能帮助患者。

凝胶枕的泡沫原型

个人临时空气净化系统

如今,对数千名医生和医务工作者而言,拥有一台有效的便携式空气净化系统非常难得。而且这台非常高效。哪怕是最好的带滤网面罩,每天戴好几小时也很难受,尤其当你每天都要跑来跑去,呼吸量变大。

更不用说,那些包括医用级在内的口罩,会时不时不起作用。专用空气净化器的阻力不断增加,会导致口罩边缘或密封条处漏气。而且,随着时间的推移,标准口罩净化器会污染堵塞。

便携式空气净化系统清洁空气中的病毒和细菌,直接把净化过的空气输送给佩戴者。但即便当地可以找到(事实上不能),价格也会奇高,医护人员无法负担,大部分人必须自己承担口罩和防护用品。

简单的空气净化装置

Makers Group发现了市场的迫切需求,立马投身解决。团队由全国最优秀的工程师组成,他们想出一个办法,就是增加一部分做成个人临时空净系统。此法非常有效,还能迅速投入大规模应用。

Makers Group设计的临时空净系统

这一系统的主体部分装在塑料三明治盒里,由吸尘器滤网、紫外线灯、电脑风扇组成,紫外线灯杀灭病毒和细菌,电脑风扇将净化后的空气输送给佩戴者。内置可充电电池,搭配一个充电口。

但是电池盒很大,对在繁忙的医院工作的医生而言不便携带。因此,Makers Group决定返工,研究如何给电池盒瘦身,同时不影响功能。

可充电电池盒

他们请Denis使用Space Spider扫描了小型设备,制作出3D模型。尽管从3D扫描的角度来看设备并不复杂,但其实还是一个不小的挑战。因为设备是黑色塑料,两边还有充电卡槽,卡槽内壁会较难捕获。

尝试数次后,扫描仪捕获了右侧内壁,但左侧还是没法扫描。主要是因为离充电插头太近,阻挡了扫描仪视角。

有办法解决吗?Denis利用Artec Studio 15的精准定位和镜像工具,轻松将右侧内壁复制到了左侧,最后与周围部分对齐。

几分钟后,扫描数据就被加工成了高度准确的3D模型。

随后,模型发送给Makers Group,继续对这款高性价比的高效空气净化设备进行研发和测试。

Artec 3D扫描仪再次证明是一款无价工具,可以快速轻松地解决现实生活中的关键问题。无论扫描口罩还是凝胶枕,数字捕获、检测、制造第一批呼吸器部件,还是各种其他任务,Artec 3D扫描仪都能满足您的需求。

您可以完美捕获一只蜜蜂(Artec Micro),它的气门清晰可见,也能在一个慵懒的下午捕获空客A380(Artec Ray),制成的3D模型可精确测量每个轮子上的胎纹深度。无论扫描哪种物体何种应用场景,我们都能帮您搞定。

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