Idea hengityssuojainten tulostamisesta huippumoderneilla 3D-tulostimilla tuli tiedemiehiltä ja suunnittelijoilta. Koska Škodalla on tällainen tulostin, se valjastettiin viipymättä sairaanhoitohenkilöstön avuksi.
3D-tulostimilla tulostettavan ja tiukat suojauskykyvaatimukset täyttävän hengityssuojaimen kehitti nopealla aikataululla Tšekin teknisen yliopiston informatiikan, robotiikan ja kybernetiikan instituutti (CIIRC). Uudelleen käytettävän hengityssuojaimen suunnittelusta sertifiointiin ja tuotannon aloittamiseen kului vain viikko.
Hengityssuojain on tarkoitettu ensisijaisesti lääkäreiden ja muun terveydenhuollon hoitohenkilökunnan käyttöön. Kuva: CTU
Mikä tahansa yritys, jolla on käytössään harvinainen Multi Jet Fusion 3D -tulostin, voi nyt osallistua CIIRC RP95-3D -hengityssuojainten valmistukseen. Yrityksen tarvitsee vain ottaa yhteys Tšekin teknisen yliopiston asiantuntijoihin.
Tulostusmenetelmällä saadaan homogeeninen materiaali, jossa ei ole selviä kerroksia eikä huokosia. Kuva: Michal Čížek
Soveltuvin materiaali
Škodan prototyyppien valmistus- ja mallinnusosaston johtaja David Vaněk.
“Tšekin tekninen yliopisto päätyi käyttämään Multi Jet Fusion -tulostimessa tulostusmateriaalina PA-12 -polyamidia. Tällä tulostusmenetelmällä saadaan homogeeninen materiaali, jossa ei ole selviä kerroksia eikä huokosia. Nämä ovat tärkeitä ominaisuuksia materiaalin kannalta, koska näin se on helppo desinfioida”, Škodan prototyyppien valmistus- ja mallinnusosaston (EVG) johtaja David Vaněk kertoo.
Vaněk ja hänen kollegansa valmistelivat hengityssuojaimien osien tuotannon tekemällä viiden testiprototyypin sarjan, jonka jälkeen tulostettiin suurempi sarja. Prosessin optimoinnin jälkeen Škodan 3D-tulostimella saadaan nyt tulostettua 60 kappaleen erä yhdellä kertaa.
“Kaikki on tarkasti hienosäädetty, jotta saman erän hengityssuojaimet ovat mahdollisimman samanlaisia ja jotta tulostusprosessi on mahdollisimman tehokas”, muoviosien tuotannon ja prototyyppisuunnittelun koordinaattori Martin Sova 3D-tulostuksen osaamiskeskuksesta sanoo.
Liika jauhe poistetaan tulostetusta hengityssuojaimesta. Kuva: Michal Čížek
Yhden hengityssuojainerän tulostus kestää kuusitoista tuntia, jota seuraa suunnilleen yhtä pitkä jäähtymisaika. Koko tuotantoprosessi on optimoitu siten, että hengityssuojaimien osat syntyvät samanlaisina tulostuspaikasta riippumatta.
“Toistotarkkuus on äärimmäisen tärkeää sertifioinnin kannalta, koska vain tarkasti tällä tavalla tehty suojain voi täyttää sertifioinnin vaatimukset”, Martin Sova korostaa.
Seuraavana tavoitteena on hengityssuojaimien massavalmistuksen aloitus. Kuva: Michal Čížek
Testiprototyyppeihin tulostettujen osien jälkeen EGV-osasto valmistaa nyt 60 hengityssuojaimen sarjan päivässä. Tulostettu sarja sisältää neljä osaa: hengityssuojaimen maskiosan, tiivisteet, suodatinpanoksen kiinnitysadapterin ja uloshengitysventtiilin. Osat toimitetaan 3Dees-yritykseen, jonne kaikkien alihankkijoiden valmistamat komponentit päätyvät ja jossa hengityssuojaimien loppukokoonpano tehdään.
Valmiit hengityssuojaimet toimitetaan terveysministeriön jaettavaksi kiireellisimmin tarvitseville. Suojaimet voidaan käyttää ja desinfioida useita kertoja. Suodattimien teho riittää viikoksi.
3D-tulostimilla tulostettu hengityssuojain täyttää tiukimmatkin suojaustasovaatimukset. Kuva: Michal Čížek
Kerros kerrokselta
Valmistusprosessi kestää yli kymmenen tuntia, sillä hengityssuojaimet tulostetaan kerros kerrokselta sulattamalla polyamidijauhetta infrapunavalolla. Ensimmäisessä vaiheessa kerros jauhetta levitetään työtasolle.
”Tulostuspää pyyhkii pitkin kerrosta päästäen kahta ainetta, jotka käytännössä muodostavat valmiin osan seuraavan kerroksen. Tämän jälkeen infrapunalämmitin pyyhkii kerroksen yli, ja jauhe reagoi ainesosien kanssa muodostaen kiinteän materiaalin. Seuraavassa vaiheessa työtaso laskee yhden kerroksen paksuuden verran alemmas ja seuraavan kerroksen tulostus voi alkaa”, Martin Sova kuvailee prosessia.
Muoviosavalmistuksen koordinaattori Martin Sova.
Tulostetun sarjan on annettava jäähtyä, sillä infrapunakuumennus voi nostaa lämpötilan jopa 180 asteeseen. Sarjan sisältävä tulostuslaatikko pidetään huolella suljettuna, jotta jauhetta ei pääse ulos tulostuksen aikana ja jotta tulostetut osat eivät pääse liikkumaan, mikä pilaisi prosessin tulokset. Suuren sarjan ja suljetun laatikon vuoksi jäähtyminen kestää kauan. Vaikka tulostustapa on pitkä, se on Martin Sovan ja David Vaněkin mukaan selvästi tehokkain.
Seuraavana tavoitteena on käynnistää hengityssuojaimien massavalmistus. Tämä vaatii muovin ruiskuvalumuotteja, joiden valmistamiseen kuluu useampi viikko. Siksi 3D-tulostaminen on toistaiseksi nopein tapa valmistaa hengityssuojaimia nopeasti kiireellisimpiin tarpeisiin.
“Me jatkamme päivittäisen 60 hengityssuojainsarjan tekemistä niin kauan, kun suojaimia tarvitaan”, David Vaněk toteaa.
Vasta kun tilanne sallii, 3D-tulostin palaa normaaliin käyttötarkoitukseensa eli tekemään prototyyppiosia johonkin uuteen Škoda-malliin.
