3D tlačiarne pomáhajú – respirátor nad zlato

Český technologický tím spojil všetkých, ktorí majú niečo do činenia s 3D tlačou, pre rýchlu pomoc zdravotníkom.

Alex Lazarov ani Ondřej Štefek určite nemohli vedieť, že príde koronavírusová epidémia, nepopierajú však, že keď udrela, mali to šťastie byť v správny čas na správnom mieste. Za jeden týždeň dokázal mladý výskumník Alex Lazarov spolu s kolegami navrhnúť masku, ktorú je možné vytlačiť na 3D tlačiarni, na ochranu tých, ktorí s nástupom pandémie každodenne riskujú svoje životy v záujme záchrany ostatných.

Spolupráca HP a 3Dees

Taká rýchla reakcia tímu však bola možná iba vďaka tomu, že len o pár týždňov skôr Ondřej Štefek, spolumajiteľ a prevádzkový riaditeľ pražskej firmy 3Dees Industries inštaloval na Českom vysokom učení technickom (ČVUT), konkrétne v Českom inštitúte informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) v Prahe, tlačiareň HP Multi Jet Fusion. Situácia okolo ochorenia COVID-19 prinútila Lazarova a jeho tím oboznámiť sa so špecializovanou tlačiarňou naozaj extrémne rýchlo – za pochodu. A šťastie stálo na ich strane aj naďalej: Lazarovovi kolegovia v CIIRC pri ČVUT sa už nejakú dobu zaoberali prepracovanými priemyselnými návrhmi.

Keď sa v polovici marca začal vírus šíriť v strednej Európe, mal univerzitný výskumný tím spolu so Štefkom najvýhodnejšiu štartovaciu pozíciu na to, aby dokázal zorganizovať rýchlu výrobu respirátorov pre nemocničný personál pomocou 3D tlače. “Akonáhle sme zaznamenali potreby nemocníc, bolo nám od začiatku jasné, že naša úloha smeruje práve tam,” hovorí na adresu svojich kolegov výskumníkov a vedcov z CIIRC dr. Vít Dočkal. “Prišli sme s myšlienkou respirátora vytlačiteľného na 3D tlačiarni, prepojili tých, ktorí mohli byť nápomocní s rozšírením výroby a pomohli sme rozbehnúť výrobu na všetkých tlačiarňach v republike.”

Podľa Dočkala vedci z CIIRC za normálnych okolností pracujú na vývoji pokročilých techník a nových prístupov v súlade s princípmi Priemyslu 4.0. Väčšina činností prebieha ako súčasť nového medzinárodného projektu, nazvaného Výskumné a inovačné centrum pre pokročilú priemyselnú výrobu (Research and Innovation Centre on Advanced Industrial Production – RICAIP), ktorý CIIRC vytvoril spoločne s nemeckými partnermi a ktorý je financovaný z prostriedkov Európskej únie. “Keď udrel COVID-19, uvedomili sme si, že svoje zdroje môžeme veľmi dobre využiť práve pre tieto účely,” hovorí Dočkal. Za vývojom respirátora stála od prvopočiatku sila mnohých pracovísk, ktorá však dokázala vyvinúť integrovanú produkciu. 

Inovácie a spolupráca

Snahou bolo vytvoriť jednoduchú, opakovane použiteľnú masku, ktorú je možné rýchlo vytlačiť na tlačiarni HP Multi Jet Fusion a ktorá by zabezpečovala 100 % ochranu pred vírusom (bežné papierové chirurgické rúška nie sú proti patogénom dostatočne tesné). Vedci z CIIRC prišli s návrhom masky s excentrickým portom, na ktorý sa naskrutkuje jednorazový filter triedy P3. Bolo nutné, aby sa maska dala sterilizovať (čo vyžadovalo použitie neporézneho PA-12 prášku, ktorý spoločnosť HP poskytla iba za cenu nákladov) a bola pohodlná pri nosení.

Výsledkom bol respirátor CIIRC RP95-3D, ktorý trochu pripomína plynovú masku z obdobia prvej svetovej vojny. Návrhári ju tiež vybavili malými úchytkami, aby si používateľ mohol masku na tvári upraviť bez toho, aby sa musel dotknúť vnútorného povrchu. A s trochou českej vlasteneckej pýchy získala mriežka nosového portu geometrický tvar pripomínajúci českú vlajku.

Ibaza jeden týždeň prešla maska dôkladnými skúškami a bola schválená ako osobná ochranná pomôcka s výmenným filtrom triedy P3 v súlade s normou EN 140: 1999, ktorá poskytuje najvyššiu mieru ochrany na úrovni respirátorov FFP3.

Prispeli aj Škoda a Siemens

V medziobdobí dával tím dokopy ďalšie firmy v Českej republike, ktoré vlastnia 3D tlačiarne HP. To vrátane automobilky ŠKODA a miestneho výrobného závodu nemeckého konglomerátu Siemens. S nim CIIRC dlhodobo spolupracuje. Všetko, čo sa v Českej republike krúti okolo technológie 3D tlače, začína a končí pri Ondrejovi Štefkovi. Vzhľadom na to, že dodal a poskytuje servis všetkých siedmych priemyselných tlačiarní HP v krajine, dala sa koalícia rýchlo dohromady.

V ŠKODA AUTO, ktorú vlastní spoločnosť Volkswagen a v čase pandémie mala odstávku, vykonávali technici skúšky tlačového postupu. Ten vedci optimalizovali na dosiahnutie vyššej produkcie. Čoskoro dosiahli kapacitu 60 masiek denne po várkach, ktoré sa 16 hodín tlačia a 16 hodín chladia. “Všetko sme dotiahli do detailu, aby respirátory v jednej várke mohli byť čo najbližšie pri sebe bez toho aby sa navzájom ovplyvnili,” hovorí Martin Sova, koordinátor výroby plastov v divízii ŠKODA Technický vývoj. “Tlač bola od začiatku do konca maximálne efektívna.”

Za necelé dva týždne vyrobilo sedem tlačiarní v republike 600 kusov pre ministerstvo zdravotníctva. Dnes dosahuje týždenná výrobná kapacita 2 000 kusov.

Všetky tlačené časti sa dodávajú Štefkovi a jeho tímu do spoločnosti 3Dees, kde sa respirátory kompletizujú. Ministerstvo zdravotníctva rozhoduje, ktoré nemocnice ich potrebujú naozaj akútne.

Dopyt rastie doma i v zahraničí

Spoločnosť HP pomohla tiež s propagáciou novej masky aj za hranicami Českej republiky. Dáta k 3D tlači si zatiaľ z jej stránky stiahlo viac ako 80 organizácií z viac ako tridsiatich krajín, ktoré tiež disponujú tlačiarňami Multi Jet Fusion a budú tak môcť vyrábať masky podľa originálneho návrhu českého tímu.

ČVUT zdieľa softvér k návrhu zdarma na nekomerčné účely. Podľa Dočkala patrí medzi organizácie, ktoré oň prejavili záujem. Napríklad americká Mayo Clinic a námorníctvo USA – ohniská ochorenia COVID-19 na nasadených lodiach sa už dostali do novinových titulkov. Zásadné je, že masku je možné prispôsobiť aj pre upevnenie iných typov skrutkovacích filtrov, ktoré sa na celom svete líšia.

“Vidíme, ako sa tlačiarne HP Jet Fusion používajú pre tlač rôznych druhov respirátorov v ďalších krajinách, kde sa inšpirovali českým príkladom. Teraz si môžu vytvárať vlastné typy, čo je pozitívne,” uvádza Dočkal.

Dopyt ale prichádza nielen zo zahraničia. Na tím z CIIRC sa obracajú aj bežní občania. Tí by chceli respirátory používať pre domácu starostlivosť o starých rodičov s ochorením COVID-19 a tiež sa ozývajú rodičia detí, podstupujúcich onkologickú liečbu, ktoré majú oslabenú imunitu.

Nanotechnológie a amatéri

Vedci z CIIRC pri ČVUT tiež pracujú na vylepšení samotnej masky. “Pokúšame sa nájsť nejakú alternatívu k externému filtru, ktorý je pomerne neforemný,” vysvetľuje Dočkal. “Spolupracujeme s niekoľkými spoločnosťami, ktoré sa zaoberajú pokročilou výrobou nanotextilií. Chceme vyvinúť vlastné filtre s nanotechnológiou, ktoré by boli ľahšie a praktickejšie.”

Ako Dočkal uvádza, objavuje sa len jeden dôvod na znepokojenie. Je ním fakt, že súbory s návrhom si sťahujú amatérski nadšenci. Tí si vytvárajú vlastné verzie na domácich 3D tlačiarňach, ktoré ale nemôžu konzistentne spĺňať prísne štandardy vyžadované pre zabezpečenie ochrany. “Návrh je konkrétne určený pre tlač na tlačiarňach HP Jet Fusion radu 4200 alebo 5200,” zdôrazňuje.

Akonáhle s domácou tlačou respirátorov začali oddiely českých skautov, ktorých členovia momentálne nechodia do školy, boli požiadaní, aby skauti svoj čas venovali spoločnosti 3Dees Industries a kompletovali bežné masky pre verejnosť. Pustili sa do toho – ako inak, vo farbe khaki.

3D tlačiarne a tvorba virtuálnych zásob

Ďalší krok predstavuje navýšenie bežnej továrenskej výroby respirátorov. Za týmto účelom sú vyvíjané vstrekovacie formy. To je veľmi dôležité. Vlády po celom svete budú skôr či neskôr musieť svoje zásoby osobných ochranných prostriedkov dopĺňať.

Štefek sa domnieva, že 3D tlač bude mať trvalo zásadný význam pri príprave na krízy a hovorí o “virtuálnych zásobách“.

Pohľad do budúcnosti

Dočkal s tým súhlasí. “Pokročilá výroba založená na spolupráci rôznych pracovísk a aditívnej výrobe, vrátane 3D tlače, tu môže pomôcť,” dodáva. “Dlhodobý efekt bude ten, že bude možné výrobu preniesť zo zahraničia späť na koncové trhy, v našom prípade do Európy. Flexibilná výroba umožňuje výrobu personalizovaných výrobkov s rovnakou efektivitou, aké v súčasnosti dosahuje masová výroba. To je cesta, ktorou sme sa vydali aj v centre RICAIP.”“Až táto kríza pominie, čo možno očakávať v nasledujúcich mesiacoch, vlády by sa mali zamyslieť nad tým, akú strategickú infraštruktúru treba mať lokálne k dispozícii,” hovorí Štefek. “Ak máte všetkých dodávateľov na Ďalekom východe, potom až príde ďalšia kríza, budete od svojho dodávateľského reťazca odrezaní rovnako, ako to teraz vidíme v Európe.”

Prednosti 3D tlače vyzvihuje aj Erika Lindauerová, riaditeľka HP Inc. pre Českú republiku a Slovensko.

“Potvrdzuje sa dynamický trend a dôležitosť 3D tlače v prototypoch alebo rýchlej aditívnej výrobe. S tým, ako zákazníci zavádzajú do výroby stále viac 3D tlače, ponúka HP rad nových možností, ktoré im pomôžu zlepšiť agilitu ich biznisu a urýchliť prechod na digitálnu výrobu.”

3D tlač je väčšinou spájaná s obchodnými spoločnosťami. Štefek aj Dočkal však očakávajú, že sa dostane aj do zorného poľa veľkých inštitucionálnych hráčov. Ako ukázal príklad masky vyvinutej v CIIRC, start-upy, ako v tomto prípade nová univerzitná spin-off spoločnosť TRIX Connections, môžu počas krízy pomôcť navrhnúť výrobok vo forme výroby poskytovanej ako služba. RICAIP tento nový prístup podporuje.

“Ministerstvo obrany môže samo vlastniť 3D tlačiarne a v prípade krízy môže technológiu ľahko aktivovať a začať tlačiť z 3D tlačových dát, ktoré si pripravili vopred,” uvádza Štefek. “Vlády teda môžu mať virtuálne zásoby v pohotovosti.”

Zdroj: TS

Tweet