可打印高温灭菌PPE的开源3D打印机，为下一次大流行做好准

分萨尔为人父

2020-09-27 17:50:09

来自密歇根理工大学的Joshua Pearce 教授领导的MOST实验室团队有意制作了对高温3D打印机进行了开源设计，这些设计通过" Open source high-temperature RepRap for 3-D printing heat-sterilizable PPE and other applications " 已经发布在专门针对COVID-19技术的HardwareX特刊中。

根据世界卫生组织的报告，COVID-19的迅速传播导致美国和欧洲的呼吸机等医疗设备以及个人防护设备（PPE）从当地到全球范围内出现短缺。这场由SARS-CoV-2病毒引起的冠状病毒疾病（COVID-19）传播已经使区域性医疗基础设施不堪重负。小型公司、传统制造商和微观装配实验室(fab Lab)的分布式制造（其中的产品在本地生产）激增。

使用台式机制造甚至可以在个人层面上进行分布式制造，从而为大量产品节省了消费者的钱，包括个人设备和柔性产品。分布式制造，也称为分布式生产、云生产和本地制造，是企业使用地理分散的制造设施网络（通过信息技术进行协调）进行的分散制造的一种形式。

它还可以通过具有历史意义的家庭手工业模型来指代本地制造，或者指代在消费者家中进行的制造。分布式制造还可用于克服一般医疗用品的这些短缺，特别是用于医疗面罩（约占总数的60％）、呼吸器材料和呼吸机的换气扇。具有3D打印的分布式制造已被用于有效地制造呼吸器的定制零件，也许最重要的是用于PPE，以帮助减少疾病的传播，包括面罩、口罩、头盔改造、呼吸阀和可重复使用的N95呼吸器。

这种3D打印PPE的绝大部分是一次性使用后即可丢弃的（例如防护罩和面罩），并且对3D打印PPE的再加工和再利用存在重大挑战。之前已经有许多研究抗微生物聚合物的使用，但尚未证明对病毒有效。3D打印有助于延伸一次性PPE和可重复使用面罩的供应（可重复使用的呼吸机来了？）。

但是，由于3D打印机/用户功能的差异很大，因此产生的零件质量也存在很大差异，而且由于基于材料挤压的3D打印的多孔性让其中某些技术令人怀疑，使该方法的实施也面临着挑战。

对于某些PPE，例如广泛的3D打印面罩，化学方法可能就足够了，但对于口罩，建议不要使用像肥皂水、酒精、漂白剂、环氧乙烷和电离辐射这样的直接方法。即使病毒颗粒进入多孔介质中，也要使用口罩代替面罩，而使用灭菌箱被认为是家庭消毒的最有效方法。一台低成本、可以打印高温聚合物，从而能够制造可热灭菌的PPE的3D打印机因疫情原因面临广泛需求。

由于常用塑料的熔点(和变形温度)相对较低，使用高温灭菌对于普通的三维打印方法（材料挤出熔融长丝制造（FFF）/熔敷沉积模型（FDM））是不可行的。通常，基于FFF的打印机可打印热聚合物，例如聚乳酸（PLA）、ABS、和PETG，后者已成为大多数COVID-19的首选打印材料。尽管还有其他3D打印方法，但是FFF是自复制快速原型开发程序（RepRap）项目的开源版本，由****化带来的低成本发展，是最广泛使用的增材制造技术。

但是，先前的研究主要集中在低温熔融塑料（例如PLA，ABS PETG和其他常见的商用长丝，例如尼龙和热塑性聚氨酯(TPU)）上。这也是因为具有耐高温性能的3D打印机的价格普遍较高且可访问性较低（例如，Aniwaa列出了2020年上市的7台高温3D打印机，价格范围从25,000美元到110,000美元，最高费用超过50,000美元）。由于在高于250°C的温度下进行打印存在挑战，因此此类高温打印机的成本很高。先前为降低高温3D打印机成本而进行的尝试是对现有系统的进行改造。

NASA增强了商业开源Lulzbot Taz（本身就是RepRap），Zawaski和Williams展示了用于倒三角型高温3D打印机的设计。在此之前的工作基础上，来自密歇根理工大学的研究人员原型化并验证了笛卡尔式高温3D打印机，该打印机可打印PPE和其他零件以应对COVID-19。