Hlavní navigace

Pavel Burget (CIIRC ČVUT): Cestou kartušových filtrů jsme u respirátoru RP95 šli hlavně kvůli rychlé certifikaci

Autor: Karel Wolf
Karel Wolf

Jak probíhal vznik respirátoru CIIRC RP95? Mluvili jsme s Pavlem Burgetem, vedoucím Testbedu pro Průmysl 4.0 na Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky při ČVUT.

Doba čtení: 5 minut

Sdílet

Jak vlastně vznikl nápad vyrobit na CIIRC respirátor, kdo s tím nápadem přišel a jak to jde dohromady s vaší specializací na průmysl 4.0?

Myslím, že idea se s vizí průmyslu 4.0 a distribuované výroby skvěle doplňuje a dobře demonstruje, k čemu může Testbed sloužit. Nápad vznikl tak, že jsme tu měli někdy před týdnem návštěvu ze Světové zdravotnické organizace a během ní vyvstala otázka, zdali by nebylo možné tisknout nedostatkové respirační masky na 3D tiskárně. Tu jsem ihned po návštěvě předal kolegovi Alexandru Lazarovi, který má u nás modelování pro 3D tisk na starost. Alexander za mnou další ráno přišel s první verzí modelu masky, čímž to celé začalo dostávat reálnější obrysy.

Když jsme měli první koncept masky hotový a začalo to vypadat, že by tudy skutečně mohla vést cesta, začali jsme celý nápad dolaďovat. Testovaly se různé verze filtrů,  museli jsme optimalizovat masku, aby seděla pro co největší množství obličejů, a řešit těsnění a podobně, aby mohla maska jít co nejdříve na první testy do zkušebního ústavu.   

Proč je možné tyto masky tisknout jen na 3D tiskárnách s multijetovým modelováním, a ne na běžných hobby a průmyslových 3D tiskárnách typu FDM/FFF?

Hlavním důvodem je distribuce materiálu. Prášek, ze kterého se tiskne u metody MJF tisku, je spojen ve všech směrech rovnoměrně a je tak zajištěna naprostá homogenita. Tím vzniká neprodyšný kompaktní povrch, což přináší hned několik benefitů. Prvním je perfektní izolace, dalším snadná omyvatelnost, která umožňuje opětovné použití, a v neposlední řadě nesmíme zapomenout ani na nízkou hmotnost, což je například pro zdravotníky extrémně důležitý faktor (samotná maska váží jen 30 gramů), a naprostou zdravotní nezávadnost materiálu.

Toho, aby byla maska neprodyšná a omyvatelná, nelze docílit u klasického FDM/FFF 3D tisku leptáním?

To sice lze, ale nelze se na to spolehnout. U MFJ technologie máte garantováno, že materiál bude distribuovaný všude stejně a maska bude tudíž splňovat stejnou míru neprodyšnosti ve všech svých částech. Pokud oproti tomu například vytisknete masku FDM technologií, následně jí naleptáte, téměř zákonitě budete mít někde naleptáno více, někde méně a nemáte zaručeno, že byla neprodyšnost skutečně zachována.

Jaké je vlastně běžné využití MFJ tisku? K čemu tiskárnu HP Jet Fusion 3D 4200, kterou máte jako jedni z mála v republice, využíváte, když se zrovna neřeší globální pandemie? 

Tisk na MFJ má velmi specifické vlastnosti. Kromě těch, které jsem zde již zmiňoval, je to ve srovnání s jinými metodami 3D tisku kombinace vysoké pevnosti vytištěného materiálu se zachováním velké pružnosti. Je to vidět i na naší tištěné masce, nebo chcete-li respirátoru CIIRC RP95–3D. Tloušťka masky je méně než jeden milimetr, přesně je to 0,65 mm. Díky tomu je maska lehká a přitom pevná a pružná a při běžném používání nehrozí její poškození. Abych ale odpověděl na první otázku, normálně se využívá k výrobě dílů, které se používají v hodně namáhaných součástech.

Další výhoda spočívá v tom, že se dá optimálně využít (zastavět) prakticky celý tiskový prostor, takže na jedné tiskárně lze naráz vytisknout poměrně velké množství dílů. Samozřejmě to nemůžete srovnávat s průmyslovou produkcí například vstřikolisem, jeden tisk na MFJ trvá zhruba 6 hodin.

Jak probíhalo navrhování po technické stránce a s jakými parametry jste museli na začátku pracovat?

Vedle samotné neprodyšnosti, která je daná použitým materiálem, bylo potřeba vyřešit těsnění, aby maska skutečně přiléhala na obličej. Bylo tedy potřeba navrhnout vedle modelu masky i těsnění a počítat v návrhu s tím, že jej bude možné průběžně měnit. Samotné těsnění je silikonové, čili se sice netiskne, ale na nás bylo vytvořit formu, ze které se těsnění odlévá. Dalšími parametry byla nízká hmotnost a to, aby se v ní dalo dobře dýchat. Protože jsme cílili na profesionální použití, tak pro nás bylo také důležité, aby umožňovala snadnou výměnu filtrů a splňovala parametry FFP3.


Ing. Pavel Burget, Ph.D., vedoucí Testbedu pro Průmysl 4.0

Když mluvíme o flitrech, i u komerčních polomasek je dnes obrovský problém s nedostatkem filtrů na trhu. Řešili jste i tento problém?

I tím jsme se od počátku zabývali, ale současný model jde cestou běžných komerčních kartušových filtrů. Důvod za tím je velmi jednoduchý, my jsme potřebovali co nejrychleji získat certifikaci EN 140:1999, která odpovídá právě ochranné polomasce se stupněm bezpečnosti FFP3. 

Tak, jak byla filtrace navržená původně, sice maska umožňovala velmi efektivní nakládání s filtračním materiálem, což by se hodilo do nějakého krizového scénáře, ale měla malou prodyšnost, takže se v ní špatně dýchalo. 

Protože bychom s původním přístupem na rychlou certifikaci nedosáhli, vydali jsme se prozatím cestou kartušových filtrů. V současnosti maska využívá ochranného kartušového filtru P3R od lutínské společnosti SIGMA, který je na našem trhu dostupný. Původní myšlenky, že by šlo do masky vkládat výstřižek filtračního materiálu (například z nanotextílie) a ten po znečištění snadno vyměnit, se ale nevzdáváme.

Jak se vám podařilo získat certifikaci tak rychle a plynou ze zrychleného procesu nějaká omezení?

Certifikaci se nám podařilo získat ve zrychleném procesu (výjimku pro podobné účely nedávno vydala Evropská komise) po zkouškách na výzkumném ústavu pro bezpečnost práce a odpovídá normě EN 140:1999. Omezení ze zrychleného procesu plyne takové, že je certifikace platná pouze na tři měsíce, ale nepředpokládáme, že by se nám ji nepodařilo následně prodloužit, protože všechny potřebné parametry, které musí ochranná maska splňovat, se nám podařilo bez potíží dodržet. 

Testování samotné probíhalo poměrně intenzivně, testovacích kol bylo několik a testovalo se tři dny v kuse prakticky nepřetržitě. Musím říci, že nám na výzkumném ústavu pro bezpečnost práce vycházeli poměrně vstříc a dávali nám neustálou zpětnou vazbu.

Na jaký materiál se vlastně tiskne?

Tiskneme z materiálu PA 12.

Kolik lidí se na projektu podílelo?

Na začátku stál kolega, který masku navrhl, ale postupně se do procesu zapojilo 10 až 15 lidí (včetně těch, kteří zprostředkovávají komunikaci s ústavem pro bezpečnost práce a podobně).

root linux t

Základní modelování probíhalo v nějakém CADovém nástroji?

Základní modelování proběhlo v Siemens NX, ten používáme pro většinu projektů.