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口罩厂商采用 PolyJet 打印的人体工程学口罩

口罩厂商采用 PolyJet 打印的人体工程学口罩

2020-12-11 13:45

设计和测试一款适合每个人面部的可密封性口罩极具挑战性。PolyJet 是确保 Breathe99 应对这些挑战的理想解决方案。

—Matt Havekost  AdvancedTek 增材制造销售副总裁

Max Bock Aronson 住在新加坡时,他注意到空气质量问题使得户外活动变得艰难,甚至让人苦恼。然而,市面上没有任何一款口罩能提供他想要的保护、舒适度和设计。所以他决定自己设计和制作。

这便是 Bock Aronson 和他的朋友 ColemanRollins 以及 Joél Valdez Jr 2018年创立Breathe99 的初衷。

他们的理念很简单:设计一种可重复使用的工业级防护口罩,不仅足够舒适,而且适合健康的生活方式。

三位联合创始人于2019年8月发起了一场 Kickstarter 活动。尽管他们没有达到最初活动的筹资目标,但他们还是就如何进一步改进设计以供日常使用形成了宝贵的见解。

就在此时,COVID-19 疫情将个人防护设备推向了大众的焦点。我们一直在收集意见反馈并迭代设计,但直到COVID-19 席卷美国时,美国对口罩的需求才突然飙升,”Bock Aronson 说道。一夜之间,该公司生产高质量公共卫生设备的使命变得更为重要。最初的口罩设计 B1 是一个很好的起点,但需要经过多次改进才能适用于减轻传染病的传播。

新的设计融合了工业级防护口罩的元素,如两个滤芯和一个人体工学密封件,以确保空气只通过过滤器进出。

然而,B2 口罩采用了独特的平面过滤器,有助于让设计保持轻巧并适合佩戴。过滤器也是口罩中唯一需要更换的部分,与其他 PPE选择相比,这有助于减少持有成本和浪费。

带有可更换过滤器的 Breathe99 B2 口罩

2020年初,当 Breathe99 开始联系投资者时,该团队意识到他们需要更好、更准确的原型来帮助传达设计意图。由于 B2 口罩需要在面部周围进行弹性密封,制作一个功能性的多材料原型并非易事。

起初,他们试着使用硅树脂浇铸,但调整工艺以获得真正高质量的原型需要花费太多时间。

“因为铸造工艺与最终的成型工艺不同,所以这项工作对生产本身不会起到促进作用,”BockAronson 解释说。“我曾尝试过许多不同的材料和技术,但都不奏效,”他说道。“很难制作出合适的原型。”

该团队还试验了多种3D打印技术,包括 SLA 和CLIP(连续液面制造)。它们都无法同时兼顾合适的材料特性和制作腔体与复杂几何形状的能力。此外,这些模型往往不够耐用,无法进行用户测试,而用户测试恰恰又是打造人体工学产品的重要一步。

这时,Bock Aronson 联系了位于明尼苏达州 Stratasys 3D打印机经销商AdvancedTek。

他之前与该公司有过工作关系,但他也对他们3D打印 Agilus30™ PolyJet 材料(一种柔性光敏树脂)的能力感兴趣。这种材料与J850™上的多材料打印技术相结合,可以快速打造出逼真的原型。

“我很难找到一种3D打印技术能够制作出更结实、更耐用的原型,这就是促使我选择AdvancedTek 并使用 Agilus 材料的原因,”Bock Aronson 说道。“起初,我认为这不是机械性能的问题,而是向投资者推销理念的问题,”AdvancedTek 的应用工程师 David Kadlec 说道。通过使用 PolyJet3D 打印,该团队仅用一天时间就能制作出一个柔性的口罩原型。

Bock Aronson仅使用J850迭代了一个原型就感受到了 Agilus30 的作用,部分原因是这种材料能支持一定范围的肖氏硬度值。

第一次迭代的时候原型太软,就像达利钟一样融化了,但我看到了这种材料的潜力,以及它调整硬度的能力。下一批就好多了。设计和测试一款适合每个人面部的可密封性口罩极具挑战性,而硬件组件让其变得更加复杂,PolyJet 是确保 Breathe99 应对这些挑战的理想解决方案。

—Matt Havekost   AdvancedTek 增材制造销售副总裁

Bock Aronson 对用于市场营销的 Stratasys模型感到满意,同时也意识到它们可以帮助进一步开发和完善设计。

他熟悉 PolyJetTechnology™,但从未见过 Agilus30 柔性材料的实际应用。

Kadlec 表示:

可以随时更改硬度这一点让他大开眼界。

在短短几天内,AdvancedTek 制作出多种不同的口罩迭代原型,这些原型有不同的硬度、尺寸和装配选项。这正是 Breathe99 所需要的。

真是太棒了,”Bock Aronson 如此说道。这些原型经久耐用,易于操纵和拆卸,因此非常适合利益相关者进行审查。对于 AdvancedTek 来说,这样的项目很有价值,因为它们可以印证多材料3D打印在产品设计领域的重要性。

人们有时候并不明确他们将如何使用多材料3D打印,”Kadlec 认为。帮助人们了解使用材料组合快速解决问题的能力非常重要。

如今面罩和口罩在日常生活中无处不在,Breathe99 希望帮助公众了解面罩和口罩的重要性即使在没有疫情的情况下。

除了 COVID-19,加州的野火也是一个很好的例子,体现了良好防护装置的重要性,”BockAronson 说道。我认为正在发生的事情正实实在在地改变我们与这类产品的关系它是21世纪极为重要的公共卫生工具。

Bock Aronson 希望让这些公共卫生工具既可穿戴实用。

现在 B2 口罩已正式上市,更多的消费者可以享受到设计精良、佩戴舒适的口罩。显然,最终的目标是应对气候变化,减少城市环境中的污染但在未来三十年里,当我们在实现这个目标的时候,我们将需要能够保证我们安全的防护设备。

 

源文摘自:Stratasys

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