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可重复使用的呼吸机来了?

发布时间:2022-08-30 16:55:23 来源:188体育平台线上官网 作者:188体育官网app

  ExOne公司和美国匹兹堡大学(PITT)合作开发了可重复使用的金属过滤器,这些过滤器安装在一个专门设计的呼吸器滤芯中,可持续、长期地防止污染物,如新冠肺炎。

  自古以来,铜就具有抗菌特性。根据史密森学会的记录,使用铜杀死细菌的最早记录是在埃德温·史密斯纸莎草纸上,这是历史上最古老的医学文献。已有许多研究证明了铜的消毒能力。2015年由美国国防部资助的一项具有里程碑意义的研究表明,铜合金有助于减少58%的感染。COVID-19研究还表明,该病毒在铜上的死亡速度比在其他表面上更快。

  在与COVID-19的持续斗争中,微生物学和金属专家建议扩大使用金属以减少病毒的传播。那么,是否可以将铜结合到口罩的构造中,作为人们普遍接受的抗病毒个人物品?我们可以使用镀铜覆盖一些经常触摸到的表面,例如门把手和电梯按钮。这也启发了研究人员将看起来几乎是魔术的金属结合到面罩设计中。

  ExOne的粘合剂喷射技术(Binder jetting)是3D打印的一种高速形式,可以生产具有特定孔隙度的金属零件,这些零件可以有效过滤掉污染物,同时允许空气流通。

  ExOne有两种金属3D打印的呼吸过滤器,铜和316L不锈钢,并具有一定范围的孔隙率,用于由匹兹堡大学斯旺森工程学院设计的独特滤芯中。气流和过滤效率的初步测试还在进行中,过滤器正在优化,目标是符合N95呼吸器标准。ExOne首席执行官John Hartner表示他们的团队一直在努力为医务人员加快这一有希望且可重复使用的解决方案,以应对COVID-19疫情。一旦获得批准,就可以为呼吸器、呼吸机、麻醉面罩等其他设备打印各种尺寸的过滤器。

  △ExOne的研发经理Kyle Myers博士,3D打印的多孔铜过滤器,目前正在测试中,该过滤器可重复使用,可消毒且可持续,可消除浪费。该过滤器可装入PITT设计的滤芯中,并可进行打印以适合各种医疗需求。图片来源:ExOne

  ExOne的粘合剂喷射技术使用工业打印头将液体粘合剂有选择地逐层沉积到粉末状材料的薄层上,直到形成最终物体。3D打印粉末状金属后,然后将物体在熔炉中烧结,以达到特定的孔隙率水平。对于这种过滤器应用,粘合剂喷射3D打印相对于其他增材制造方法的优势在于能够利用打印零件的孔隙率,然后在高温致密化或烧结过程中对其进行微调,以实现最佳的过滤和气流性能。当粘合剂喷射时金属通常烧结至全密度,有些应用需要特定的孔隙率,如过滤器。

  除此之外,来自IUPUI工程技术学院的Jing Zhang等研究人员正也在研究在3D打印的塑料过滤器上使用铜涂层来制造更有效的口罩和呼吸器。受到鱼类从水中吸取氧气的启发,通过鱼鳃丝的构造来自印第安纳大学的研究人员设计了一个带有V形“鳍”的环,解决了3D金属打印口罩既要阻挡微小的气溶胶颗粒,同时还提供适当的通风以供呼吸的问题。

  在面罩过滤器中设计了带有V形“鳍”的环,以增加空气通过更多通道的表面积。图片来源:Jing Zhang

  该过滤器可以通过两种方法制造:1. 使用绿色激光金属3D打印机直接复制复杂的铜结构;2. 或者以更经济的方式,先3D打印过滤器的塑料层部分,然后再对其电镀,将3D打印的塑料部分在充满铜离子的液体溶液中合并,这些离子在电场下迁移并覆盖表面。