美實驗團隊欲可列印高溫滅菌PPE的開源3D印表機

2020-10-03 3D列印世界

據悉,來自密西根理工大學的Joshua Pearce 教授領導的MOST實驗室團隊有意製作了對高溫3D印表機進行了開源設計,這些設計通過" Open source high-temperature RepRap for 3-D printing heat-sterilizable PPE and other applications " 已經發布在專門針對COVID-19技術的HardwareX特刊中。

根據世界衛生組織的報告,COVID-19的迅速傳播導致美國和歐洲的呼吸機等醫療設備以及個人防護設備(PPE)從當地到全球範圍內出現短缺。這場由SARS-CoV-2病毒引起的冠狀病毒疾病(COVID-19)傳播已經使區域性醫療基礎設施不堪重負。小型公司、傳統製造商和微觀裝配實驗室(fab Lab)的分布式製造(其中的產品在本地生產)激增。

使用臺式機製造甚至可以在個人層面上進行分布式製造,從而為大量產品節省了消費者的錢,包括個人設備和柔性產品。分布式製造,也稱為分布式生產、雲生產和本地製造,是企業使用地理分散的製造設施網絡(通過信息技術進行協調)進行的分散製造的一種形式。它還可以通過具有歷史意義的家庭手工業模型來指代本地製造,或者指代在消費者家中進行的製造。分布式製造還可用於克服一般醫療用品的這些短缺,特別是用於醫療面罩(約佔總數的60%)、呼吸器材料和呼吸機的換氣扇。具有3D列印的分布式製造已被用於有效地製造呼吸器的定製零件,也許最重要的是用於PPE,以幫助減少疾病的傳播,包括面罩、口罩、頭盔改造、呼吸閥和可重複使用的N95呼吸器。

這種3D列印PPE的絕大部分是一次性使用後即可丟棄的(例如防護罩和面罩),並且對3D列印PPE的再加工和再利用存在重大挑戰。之前已經有許多研究抗微生物聚合物的使用,但尚未證明對病毒有效。3D列印有助於延伸一次性PPE和可重複使用面罩的供應(可重複使用的呼吸機來了?)。但是,由於3D印表機/用戶功能的差異很大,因此產生的零件質量也存在很大差異,而且由於基於材料擠壓的3D列印的多孔性讓其中某些技術令人懷疑,使該方法的實施也面臨著挑戰。對於某些PPE,例如廣泛的3D列印面罩,化學方法可能就足夠了,但對於口罩,建議不要使用像肥皂水、酒精、漂白劑、環氧乙烷和電離輻射這樣的直接方法。即使病毒顆粒進入多孔介質中,也要使用口罩代替面罩,而使用滅菌箱被認為是家庭消毒的最有效方法。一臺低成本、可以列印高溫聚合物,從而能夠製造可熱滅菌的PPE的3D印表機因疫情原因面臨廣泛需求。

由於常用塑料的熔點(和變形溫度)相對較低,使用高溫滅菌對於普通的三維列印方法(材料擠出熔融長絲製造(FFF)/熔敷沉積模型(FDM))是不可行的。通常,基於FFF的印表機可列印熱聚合物,例如聚乳酸(PLA)、ABS、和PETG,後者已成為大多數COVID-19的首選列印材料。儘管還有其他3D列印方法,但是FFF是自複製快速原型開發程序(RepRap)項目的開源版本,由民主化帶來的低成本發展,是最廣泛使用的增材製造技術。

但是,先前的研究主要集中在低溫熔融塑料(例如PLA,ABS PETG和其他常見的商用長絲,例如尼龍和熱塑性聚氨酯(TPU))上。這也是因為具有耐高溫性能的3D印表機的價格普遍較高且可訪問性較低(例如,Aniwaa列出了2020年上市的7臺高溫3D印表機,價格範圍從25,000美元到110,000美元,最高費用超過50,000美元)。由於在高於250°C的溫度下進行列印存在挑戰,因此此類高溫印表機的成本很高。先前為降低高溫3D印表機成本而進行的嘗試是對現有系統的進行改造。NASA增強了商業開源Lulzbot Taz(本身就是RepRap),Zawaski和Williams展示了用於倒三角型高溫3D印表機的設計。在此之前的工作基礎上,來自密西根理工大學的研究人員原型化並驗證了笛卡爾式高溫3D印表機,該印表機可列印PPE和其他零件以應對COVID-19。

(A)面板安裝,(B)內部用鋁帶密封,(C)在床上列印測試。

(A)印表機已準備好進行接線,從(B)右和(C)左正視圖。

高溫3D印表機Cerberus的規格:

  • 三頭自我複製快速原型製作器(RepRap)

  • 開源的,可以不到1000美元建造

  • 攝氏200度的加熱床

  • 攝氏500度的熱端

  • 帶1千瓦空間加熱器芯的隔離式加熱室,帶電源電壓室和床加熱裝置,可快速啟動

  • 印刷拉強度分別為77.5和80.5 MPa的聚醚酮酮(PEKK)和聚醚醯亞胺(PEI, ULTEM)

消防人員用電動空氣淨化顆粒呼吸器(PAPR)的規格:

  • 開源,可以進行3D列印,並與廣泛可用的組件組裝在一起,價格不到150美元,可替代商業轉換套件(節省85%)或專有的PAPR(節省90%以上)

  • 參數化設計可以適應其他核心組件,並且可以專門定製適合消防員設備,包括其吊架

  • 可控制的氣流及其設計使呼吸即使呼吸機斷開或電池沒電了

  • 滿足國家職業安全與健康研究所(NIOSH)氣流要求的四個小時,比預期的常規使用量高300%

緊急呼吸機規格:

  • 可以進行3D列印,價格低於$ 170

  • 基於開源Arduino控制器和3D可列印基於參數組件的結構的復甦系統

  • 控制的呼吸模式,潮氣量為100至800毫升,呼吸速率為5至40次呼吸/分鐘,吸氣與呼氣比為1:1至1:4

  • 該系統旨在通過使用串行外圍接口來實現測量電路的可靠性和可擴展性,並且由於採用了面向對象的算法方法,因此能夠連接其他硬體。

  • 在人工肺上進行峰值吸氣壓力(PIP),呼吸頻率(RR),呼氣末正壓(PEEP),潮氣量,近端壓力和肺壓力測試後的實驗結果表明,其重複性和準確性超過了BVM- 基於手動通風。

Pearce表示這些設計的本質是使用提供的協議和參數設計文件,相對容易通過測試添加所需的功能。我們希望這樣的設備其他人可以在此基礎上製造,獲得所有國家的全面監管批准以確保人類為下一次大流行做好準備。

《3D列印世界》——中國3D列印行業專業讀物

搜索官方微信帳號:「3D列印世界」,新鮮、有料、深度3D列印資訊,盡在3D列印世界!

相關焦點

  • 美國可列印高溫滅菌PPE的開源3D印表機,為下一次大流行做好準
    來自密西根理工大學的Joshua Pearce 教授領導的MOST實驗室團隊有意製作了對高溫3D印表機進行了開源設計,這些設計通過" Open source high-temperature RepRap for 3-D printing heat-sterilizable PPE and other applications
  • 高溫3D印表機要多少錢
    最近,美國密西根理工學院喬舒亞·皮爾斯教授的實驗室開發了一款開源3D印表機,可以用聚醚酮酮(PEKK)和聚醚醯亞胺(ulem)等高溫塑料進行列印。此外,該系統的零件成本不到1000美元,項目結果已在hardwarex上公布。
  • 3d印表機結構_3d印表機分類
    3d印表機簡介   3D印表機簡稱(3DP)是一位名為恩裡科·迪尼的發明家設計的一種神奇的印表機,不僅可以「列印」一幢完整的建築,甚至可以在航天飛船中給太空人列印任何所需的物品的形狀。
  • Mamba3D:可以自己動手組裝的開源3D印表機
    隨著3D列印技術的日漸成熟,越來越多的3D印表機產品開始在Kickstarter平臺上出現,Mamba3D也是其中之一。不過與同時在眾籌的Rabbit Proto和MagicBox的「劍走偏鋒」不同,Mamba3D主打的經濟、高效和開源。在不少人看來,這種「回歸本質」的產品也許會因為「接地氣」而更受到用戶的歡迎。Mamba3D由荷蘭MyMatics公司開發,據創始人Michelle Bieshaar介紹,這臺機器在研發上花費了他們3年的時間,而目前他們正在測試Mamba3D的極限。
  • 雷射3d印表機多少錢 雷射3d印表機價格及工作原理【詳解】
    雷射3D印表機是一種新型的 高科 技產品,能夠列印一切物品,3d技術在之前的新聞報導中我們就已經見識了它的神奇程度,可以應用於不同領域,幫助人們解決很多麻煩,甚至也可以解決在生物製造技術上的難題。雷射3d印表機就是3d印表機的升級版,那麼雷射3d印表機的工作原理是否和之前的相同呢?
  • 一次可列印10種材料的3D印表機問世
    傳統的多材料3D印表機一次最多只能列印3種材料,每臺成本高達25萬美元,而且還需要許多人工操作。最近,美國麻省理工學院科學家稱,他們找到了一種能造出更便宜、操作更方便的印表機的方法。 由於不同材料需要不同列印方法,所需壓力、溫度也不同,所以列印複雜物體通常是將其組件分開單獨列印,再人工組裝在一起。而用「多種製造」系統,只需把組件放到平臺上,機器會自動掃描其3D形狀,利用這些信息列印組件周圍的其他部分。比如把手機放到印表機臺,程序系統會列印出一個能直接安裝在手機上的完美物件。
  • 玩好3D印表機 從19款3D切片軟體開始
    無支撐列印的模型使用過3D印表機的朋友都知道,3D列印切片機為您的3D印表機準備所選模型,生成Gcode文件,一些硬體廠商的切片軟體會生成一個專用格式的文件,比如MakerBot的.x3d,而Gcode代碼是一種數控(NC)程式語言,具有較好的通用性。
  • 3D印表機遲遲普及不了大眾的原因
    我們都知道,3d印表機的出現,不停在改變著我們的生活,而且3d印表機可以滿足我們對於動漫電影的各項幻想,讓我們隨心所欲列印出我們所需的物品。但是,我們都知道,3d列印雖然市場價格已經降到了幾千,適用於各類家庭生活的消費,但是買過3d印表機的人都知道,就算買了3d印表機,也是經常出現過列印參數設置不好,或者操作中導致的失誤導致到列印失敗,而這其中消耗的耗材的費用已經遠遠超過了自己要列印東西的成本了,所以,前期在吸取經驗的時候,也是很費錢的。
  • 美國阿貢實驗室採用遠鑄智能大尺寸高溫3D印表機列印PEEK接觸器
    鉬-99是一種醫用同位素,可用於檢測骨質疏鬆,心臟疾病等。每天美國有超過四萬例的醫療診斷中都會用到鉬-99同位素,但是這種同位素缺乏一種經濟有效的方式回收利用。鉬-99經衰變會變成鎝-99,可用於藥物開發中。通過鉬-99來製備鎝-99成本十分高昂,每生產一克鎝-99大約要耗費1000美元。「鉬-99這種同位素回收過程非常複雜,需要大量的腐蝕性化學試劑進行處理。」Peter Tkac說道。
  • ■3D印表機和列印的杯子。印表機上面是列印材料ABS工程塑料
    原標題:  ■3D印表機和列印的杯子。印表機上面是列印材料ABS工程塑料   「打玩具、打飾品,帶孩子體驗高科技!」雙十二臨近,各大網店出現不少售價幾千到幾萬元的3D印表機。  家用3D印表機實用性究竟如何?昨日,重慶晚報記者在電腦報評測中心協助下,對一臺售價6000元的家用3D印表機進行了實驗。
  • LCD3d印表機列印精度令人瞠目
    3d列印(又稱增材製造、積層製造)是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層列印的方式來構造物體的技術。3d列印常在模具製造、工業設計等領域被用於製造模型,後逐漸用於一些產品的直接製造,對傳統的工藝流程、生產線、工廠模式、產業鏈組合產生深刻影響,是製造業有代表性的顛覆性技術。
  • 國產超大尺寸3D印表機
    你知道霸王龍嗎?它們是體積最大的恐龍物種,巨大的身軀讓人倍感驚悚。近日據南極熊了解,在3D印表機領域,同樣出現了一款令人震撼的大型產品——巨影Y7510,機身尺寸可達到750×750×750mm,是目前國內3D印表機市場上最大列印尺寸的FDM 3D印表機之一,堪稱印表機中的巨無霸。
  • 東北林大團隊研發桌面型全功能雷射燒結3D印表機 將填補市場空白
    東北網10月31日訊(記者 姜姍姍)近日,記者從東北林業大學獲悉,機電學院教授郭豔玲帶領團隊研發了桌面型全功能雷射燒結3D印表機。通過科研「點石成金」,將木粉、竹粉、果殼、秸稈、稻殼等農林廢棄物與樹脂材料按比例混合加工成3D列印原料,把這些「廢物」變成寶貝。
  • 碳纖維3D印表機問世 和塑料玩具說再見
    有著多年賽車部件設計和加工經歷的Greg Mark帶領他的團隊,研製出一款使用碳纖維做列印耗材的桌面3D印表機,有望讓桌面用戶從此與「塑料玩具」說再見。不再像過去的桌面3D印表機列印模型,這款機型可以直接列印部件和工具。眾所周知,碳纖維聚合物具有高強度、高剛度、質量輕的特點,Greg Mark的團隊過去正是使用碳纖維材料為賽車設計和製作尾翼支撐結構。現在,他們把碳纖維材料與3D列印結合起來,有可能為桌面3D列印應用帶來新的機遇。
  • 無限Z軸FDM 3D印表機實現連續列印,讓精彩不設限
    相信不少朋友們會問,什麼是無限Z軸FDM 3D印表機呢?這款產品又有什麼特別之處呢? 細心的朋友會發現,3DPrintMill與創想三維過去發布的任何產品都有明顯的不同,這款3D印表機的獨特之處不僅在於Z軸的滾動傳送帶,還能實現連續列印。簡而言之,3DPrintMill具有兩大亮點。
  • 手把手教程 搭建一臺大尺寸開源3D印表機
    【PConline 技巧】在之前的文章中,我們曾向大家介紹過如何用800元自製一臺kossel 3D印表機,反響很好。因此,在本期內容中,筆者繼續為大家整理了一套基於Prusa的3D印表機DIY教程。與前作不同的是,此臺3D印表機最大列印尺寸可達15.7x15.7x15.7英寸,注意是英寸!
  • 如何利用3D印表機列印出PCB電路板
    打開APP 如何利用3D印表機列印出PCB電路板 與非網 發表於 2019-10-04 16:56:00 夢之墨是一種液態金屬墨水,墨水可以導電,置入3D印表機中,便可精確地把PCB列印出來。此項技術打破了電子製造技術的瓶頸和壁壘,使印表機在低成本下快速、隨意地製作電子電路。 沙烏地阿拉伯的研究團隊也研發了一項全新技術,在柔性貼紙上列印電路板。這種技術是以矽材料為基底,在裡面儲藏整個電子電路系統,這是電路製造加工技術和增材製造技術的完美結合。
  • 3D列印材料新突破:乳膠3D列印
    要實現科學工程的突破,需要大量的工作和研究,更需要專業團隊技術攻關。 近日,據白令三維了解,來自高分子創新研究所、科學院和工程學院的維吉尼亞理工學院跨學科團隊共同提出了一種新的乳膠3D列印方法,並獲得了國家科學基金會獎。維吉尼亞理工大學也與米其林北美合作開展這個項目。
  • 圖說中世紀城堡3d列印建築全過程
    有沒有見過3d列印建築的魅力,近幾年3d列印技術在世界建築領域得到很好的應用,3d列印地圖、3d列印建築等等... 有沒有見過3D列印建築的魅力,近幾年3D列印技術在世界建築領域得到很好的應用,3D列印地圖、3D列印建築等等,3D列印技術在建築行業展現了很好的能力及潛力,就在幾天前,3D列印10幢建築落戶上海,當時引來廣大的關注,在質疑聲的同時,很多都呈現了對3D列印技術的讚嘆。下面組圖呈現了美國明尼蘇達州一個人承包商Andrey Rudenko用3D印表機列印中世紀城堡的過程。
  • 3D印表機技術突破 未來可實現列印人體器官
    3D印表機技術突破未來可列印人體器官據eurekaler3月12日消息,威斯康星大學麥迪遜分校的科學家開發了一種新型3D印表機,它使用可見光和紫外光模式來決定兩種單體中的哪一種聚合形成固體材料,不同的光圖案提供了產生多材料部件所必需的空間控制