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3D-Druck vs. COVID-19: die Highlights der globalen Pandemie

Auf 30. Dezember 2020 von Michelle J. veröffentlicht
3D-Druck COVID-19

Das Jahr 2020 wird uns vor allem wegen der weltweiten Pandemie in Erinnerung bleiben, die wir durch das Coronavirus erlebt haben. Die 3D-Druckindustrie konnte sich ihrerseits auf die Situation einstellen und hat sogar ihren Teil zur Bekämpfung der Auswirkungen von COVID-19 beigetragen. Von großen Industrieunternehmen bis hin zu kleinen Anwendern in der Maker-Community haben alle ihren Teil dazu beigetragen, die Gesundheitskrise der letzten Monate zu beenden. In diesem Zusammenhang hat der Einsatz der 3D-Technologie großartige Anwendungen gehabt, und da sich das Jahr dem Ende zuneigt, wollten wir die wichtigsten davon Revue passieren lassen. Wir werden uns nun einige der herausragendsten Innovationen der Branche ansehen, unterteilt in den 3D-Druck von Anwendungen für den medizinischen Bereich und den 3D-Druck von Lösungen zur Verhinderung von Ansteckungen mit COVID-19 in der Gesellschaft.

3D-Druck für Krankenhäuser und Gesundheitszentren

Isolierräume aus Beton

Die erste Anwendung des 3D-Drucks im Kampf gegen COVID-19 erfolgte Ende Februar, als die Firma Winsun Isolierräume durch Extrudieren von Beton schuf. Das Ziel dieser Initiative war es, Personen zu isolieren, die Symptome hatten oder positiv auf das Coronavirus getestet wurden. Der Mangel an Platz in chinesischen Krankenhäusern verlangte eine schnelle Lösung, um die Ausbreitung des Virus im Land zu reduzieren. Die additive Fertigung erwies sich als geeignet: Mit einer Fläche von 10 Quadratmetern und einer Höhe von 2,8 Metern wurden die Isolierräume in jeweils weniger als 2 Stunden erstellt. Sie nutzten einen Roboterarm, der auf Schienen montiert ist, die um die Baustelle herum installiert sind. Dieser trägt aufeinanderfolgende Schichten von Beton auf, um die Stabilität der Struktur zu gewährleisten.

3D-Druck COVID-19

Isolierräume aus Beton in Xianning, China.

3D-Druck von Entlüftungsventilen

Als das Coronavirus nach Europa kam, war eines der am stärksten betroffenen Länder Italien. Viele Krankenhäuser waren überfordert und verfügten nicht über die medizinische Ausrüstung, um die Patienten zu retten. Die italienische Firma Isinnova fand heraus, dass im Chiari-Krankenhaus die Beatmungsventile fehlten und machte sich daran, dieses Problem zu lösen. Der 3D-Druck war die effizienteste Lösung und sie waren in der Lage, die benötigte Menge an Ventilen für die Gesundheitszentren, die sie benötigten, zu erzeugen. Später ging der Hersteller Photocentric auch in die Massenproduktion von Atemventilen für mehrere Länder. Dank ihrer Harzmaschinen und der Geschwindigkeit der Fertigung konnten sie mehr als 40.000 Ventile pro Woche mit 3D-Druck entwickeln.

impresión 3D covid-19

Open-Source-3D-Modelle für verschiedene Beatmungsventile.

Tupfer für COVID-19 Tests

Anfang April erreichte uns die Nachricht, dass einige Unternehmen die additive Fertigung zur Herstellung von Tupfern eingesetzt haben. Tupfer sind eine Art Abstrich, die als Werkzeug zur Entnahme von Proben der Nasenschleimhaut verwendet werden. Nach der PCR wird der Abstrich auf das Vorhandensein des Virus getestet. Das plötzliche Auftreten der Pandemie auf der ganzen Welt hat zu einem Mangel an Tupfern geführt, um diese Tests durchzuführen. Deshalb setzten die Firmen Carbon und Formlabs die Stereolithografie ein, um 150.000 Nasentupfer pro Tag herzustellen. Dies sollte helfen, positive Fälle schneller zu erkennen und zu versuchen, die Ausbreitung des Virus zu stoppen.

3D-Druck COVID-19

Mit 3D-Harzdruck hergestellte Tupfer.

Gesichtsschutzschilde für Mitarbeiter im Gesundheitswesen

Eine der wichtigsten Anwendungen des 3D-Drucks im Kampf gegen COVID-19 war die Entwicklung von Gesichtsschutzschilden. Diese Notwendigkeit ergibt sich aus dem Mangel an persönlicher Schutzausrüstung (PSA) für das in Krankenhäusern und Gesundheitszentren tätige Gesundheitspersonal. Der Hersteller von Heim-3D-Druckern, Prusa, zeigte seine Unterstützung und entwarf ein Open-Source-3D-Modell, damit jeder, der einen 3D-Drucker besitzt, mithelfen kann. Mit dieser Initiative machten sich sowohl professionelle Unternehmen als auch die Maker-Community an die Arbeit, um in kürzester Zeit eine große Anzahl von Gesichtsschutzschilden zu entwickeln.

impresión 3D covid-19

Notfall-Beatmungsgeräte

Mitte März ist in Spanien das erste 3D-gedruckte Beatmungsgerät für Krankenhäuser entstanden. Dieses Projekt ist aus der Zusammenarbeit des Konsortiums entstanden, das das Consorci de la Zona Franca (CZFB), HP, Leitat, SEAT, das Consorci Sanitari de Terrassa (CST) und El Hospital Taulí in Sabadell vereint. Das Ziel? Mit dem 3D-Druck sollen Krankenhäuser und Intensivstationen unterstützt werden, indem dieses Beatmungsgerät für schwere COVID-19 Patienten erstellt wird. Der Prototyp wurde schnell mit den 3D-Maschinen der verschiedenen Projektpartner entwickelt und erfüllte alle notwendigen Anforderungen und Funktionalitäten. Sie waren in der Lage, bis zu 100 Einheiten pro Tag herzustellen, und dieses Modell wurde bereits von anderen Unternehmen der Branche entwickelt, um Krankenhäusern auf der ganzen Welt zu helfen.

3D-Druck COVID-19

Das erste Beatmungsgerät für Krankenhäuser.

Decathlon Tauchmasken für Krankenhäuser

Wie bei den ersten Ventilen, die in Italien entstanden sind, steht die Firma Isinnova auch hinter dieser Initiative. Die Idee war, Tauchmasken der Marke Easybreath von Decathlon zu verwenden, um sie in Notfallbeatmungsgeräte für Patienten mit Coronavirus zu verwandeln. Doch was hat der 3D-Druck in diesem Fall mit COVID-19 zu tun? Damit die Maske funktioniert, benötigen Sie ein bestimmtes Teil, das sie mit den medizinischen Geräten in Krankenhäusern verbindet. Das 3D-Modell dieses speziellen Teils, das Charlotte-Ventil genannt wird, wurde in sehr kurzer Zeit entworfen. Daraufhin wurde die FDM-Technologie verwendet, um Hunderte von Adaptern herzustellen. Die gesamte Maker-Community beteiligte sich an dieser Initiative, und einige Leute spendeten sogar ihre Tauchmasken an Krankenhäuser, um sie zu Atemgeräten umzubauen.

impresión 3D covid-19

Das 3D-gedruckte Teil ist mit den Tauchmasken kompatibel.

3D-Druck zur Verhinderung der Ausbreitung des Virus

Überall Händewaschen durch einen Seifenring

Eine entscheidende Maßnahme zur Eindämmung des Coronavirus ist das regelmäßige Händewaschen. Aber was passiert, wenn man gerade unterwegs ist und keinen Zugang zu einem Waschraum oder Seife hat? Dieser 3D-gedruckte Seifenring löst das Problem. Für die Herstellung benötigt man lediglich einen FDM-Drucker für einfache Thermoplaste, obwohl Antiviren-Kupferkunststoff empfohlen wird, und ein Stück Seife. In Abhängigkeit des verwendeten 3D-Druckers und des Materials ist der Seifenring eine kostengünstige Möglichkeit bei der Eindämmung des Virus zu helfen. Zudem besticht er durch die Einfacheit seiner Benutzung. Dank Ihm kann man überall, jederzeit mit ein wenig Wasser Händewaschen. 

3D-Druck COVID-19

Oberflächenbehandlung mit Kupfer zum Abtöten der Coronaviren

Kupferteile sind mit herkömmlichen Fertigungsmethoden schwer herzustellen, so dass die additive Fertigung für die Verarbeitung von Kupfer eine schnellere und günstigere Alternative darstellt. Doch was hat das mit der Pandemie zu tun?  Es ist erwiesen, dass Kupfer Bakterien, Hefen und Viren bei Kontakt schnell ausrotten kann. In Bezug auf SARS-CoV-2 haben Labortests gezeigt, dass mit Kupfer behandelte Berührungsflächen innerhalb von zwei Stunden 96 % dieser Viren abtöten kann. SPEE3D erweitert seinen Drucker insofern, dass er dazu in der Lage ist bereits vorhandene Metallteile mit Kupfer zu beschichten. Dadurch konnten Türgriffe, welches großes Übertragungspotenzial haben, innerhalb von nur 5 Minuten beschichtet werden. 

Luftreinigung durch den AMS mini

Das mit der HP Multi Jet Fusion Technologie aus Nylon gedruckte Gerät, AMS mini, soll in der Lage sein die Luft zu sterilisieren. Der AMS mini integriert ein zyklisches System, eine Art Labyrinth, wodurch die Luft in der entsprechenden Vorrichtung im Gerät gefangen gehalten wird. So soll sichergestellt werden, dass die Luft in dieser Vorrichtung ausreichend UV-Licht, welches Viren und Bakterien töten kann, ausgesetzt wird, bevor sie wieder ausgestoßen wird. So sollen laut Hersteller etwa 95 Prozent der Bakterien und Viren in der Umwelt eliminiert werden können, einschließlich der COVID-19 Aerosole. Da die Form des Geräts maßgeblich für dessen Funktionsweise ist, wurde die additive Fertigung zur Herstellung der komplexen Strukturen herangezogen und ist damit ein weiteres Beispiel, wie der 3D-Druck bei der Eindämmung des Coronavirus helfen kann.

3D-Druck COVID-19

PULSE, die 3D-gedruckte Kette zur Vermeidung Berührungen des Gesichts

Wie wir wissen, wird empfohlen sich nicht mit den Händen ins Gesicht zu fassen, um eine mögliche Ansteckung zu verringern. Oft passiert das aber unbewusst, da es eine Gewohnheit ist, die automatisch ausgeführt wird. Aus diesem Grund haben NASA-Forscher PULSE entwickelt. PULSE ist eine 3D-gedruckte Kette mit einem vibrierenden Motor und Infrarotsensor, die umso stärker vibriert, je näher die Hand dem Gesicht kommt. Auf diese Weise kann eine Berührung des Gesichts vermieden werden. Alles, was man für die Herstellung benötigt, sind ein FDM-Drucker, PLA und spezifische elektronische Teile, die in jedem Elektrohandel erhältlich sind. PULSE überzeugt vorallem durch seine einfache Benutzung, da man die Kette ganz unkompliziert, um den Hals trägt.

Sensoren aus 3D-gedruckten Fasern zur Fehlererkennung in Masken

Zur Eindämmung der Verbreitung des Coronavirus gehören Masken mittlerweile zur neuen Normalität. Dabei ist Maske jedoch nicht gleich Maske. Einige Masken weisen Fehler auf, wodurch ihre Funktionsweise beeinträchtigt wird. Damit Menschen, die vorschriftsgemäß ihre Masken tragen, nicht unter dem Defekt von dieser leiden müssen, hat ein Forscherteam Sensoren hergestellt, die solche entdecken. Die Sensoren bestehen aus 3D-gedruckten Fasern, die aus einem Silber-Kern umgeben von einer Polymerhülle, ähnlich wie ein elektrischer Draht, bestehen. Sie werden auf die Maske aufgebracht und sollen angeblich fühlen, hören und berühren können, so dass sie durch Einfangen des Atems und Bewegung der Zellen Fehler in der Maske erkennen. Durch die Einfachheit der Bedienung und der leichten und kostengünstigen Herstellung, sollen sich die Sensoren für den Heimgbrauch eignen, so dass jeder diese Tests durchführen kann. 

3D-gedruckter Türöffner, der es ermöglicht Türen ohne direkten Kontakt zu öffnen

Wie bereits oben erwähnt bergen Türgriffe ein großes Potenzial für eine Ansteckung. Damit das Potenzial verringert wird, hat Materialise sich einen Weg überlegt wie das Anfassen der Türgriffe umgegangen werden kann. Innerhalb von 24 Stunden haben sie einen Türöffner entwickelt, getestet und validiert, was nur durch die Nutzung der additiven Fertigung möglich gewesen sei. Der Türöffner wird an den Türgriff angebracht und ermöglicht so, dass man die Tür mit seinem Arm, der im besten Fall mit Kleidung bedeckt ist, öffnen kann. Die unterschiedlichen Modelle des Türöffners sind jeweils für FDM, SLS und MJF verfügbar und können ggf. mit trinckle noch weiter angepasst werden. Materialise hat die Modelle kostenlos auf Ihrer Website zur Verfügung gestellt in der Hoffnung, dass viele Menschen auf der ganzen Welt diese nachdrucken und die Verbreitung des Coronavirus eingedämmt wird.

3D-Druck COVID-19

NANOVIA XV – Die Filamente, die Viren abtöten

Der Filamenthersteller Nanovia hat neue Reihe an Thermoplasten, NANOVIA XV, entwickelt. NANOVIA XV entsprechen der Norm ISO 21702, welches eine Prüfung von antimikrobiellen Oberflächen ist. Das Bestehen der Prüfung bedeutet, dass sie die die Infektiosität von Viren herabsetzen oder vollständig verhindern. Laut Hersteller sollen die Filamente der NANOVIA XV – Reihe 98,9 % der Viren innerhalb von zwei Stunden und 99,9 % innerhalb von vier Stunden nach dem Kontakt eliminieren. Ein Filament der Reihe ist beispielsweise das PLA XV. Da PLA bis heute einer der am einfachsten zu druckenden Thermoplaste ist, hofft das Unternehmen, dass mit ihrem Filament Alltagsgegenstände, die in Kontakt mit mehreren Personen kommen, einfach und schnell gestaltet werden können. Neben Alltagsgeräten wie Tür- und Fenstergriffen, Aufzugs- und Klingelknöpfe, sollen aber auch medizinische Geräte damit gedruckt werden können. So sollen Viren bekämpft und ultimativ das Coronavirus eingedämmt werden.

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