Výroba respirátorů z 3D tiskárny se rozbíhá. S vývojem pomáhají čeští vědci i firmy

Výroba respirátorů z 3D tiskárny se rozbíhá. S vývojem pomáhají čeští vědci i firmy
Plastová maska CIIRC RP95
Bíle obalený kus je ještě před očištěním vysavačem.
(zleva) Jaroslav Kafka, David Vaněk a Martin Sova, všichni z výzkumného oddělení prototypů a modelů ve Škodě Auto.
Programování, kolik masek se vejde do kvádru plného polyamidového prášku. Je jich celkem 60.
Foto: Eva Srpová
Eva Srpová Eva Srpová
31. 3. 2020 13:59
Respirátor z Česka, který v neuvěřitelně krátkém čase navrhl a vyvinul Institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) při ČVUT v Praze spolu s vývojovým centrem RICAIP, už se vyrábí na sedmi 3D tiskárnách v Česku, denně má vznikat přes 400 polomasek s nejvyšší ochranou pro zdravotníky. Masky lze snadno dezinfikovat a filtry od české firmy Sigma mohou vydržet až pět dní.

V pátek 20. března přesně v osm hodin večer se na 3D tiskárně ve Škodě Auto spustila výroba první prototypové várky speciálních respirátorů, které chvíli předtím získaly potřebný certifikát zdravotního prostředku s ochranou úrovně FFP3. Vývoj masky přitom trval pouhý týden.

Speciální obličejová polomaska poskytuje nejvyšší ochranu, aby mohla posloužit všem, kteří se v boji proti novému typu koronaviru nacházejí v první linii. Prvních 45 kusů prototypové série, která v Česku vznikla, Martin Sova vyndal z 3D tiskárny v sobotu odpoledne.

V sekci specializující se na 3D tisk, která ve Škodovce funguje 21 let, pracuje Martin Sova od samého začátku. Teď je tu spolu s ještě jedním kolegou jediný, který chodí do práce denně.

Výzkumné oddělení stavby modelů a prototypů ve Škodě Auto má prostory v nejstarší, kdysi správní budově mladoboleslavské Škodovky v těsné blízkosti Škoda Muzea. V celém oddělení, které se zabývá 3D tiskem, virtuální realitou a vývojem prototypů, před vypuknutím pandemie pracovalo zhruba 330 lidí, než Škoda vyhlásila přerušení výroby a poslala zaměstnance domů.

Výroba plastových dílů v 3D tiskárnách na prototypy nových škodovek ale ustoupila něčemu mnohem aktuálnějšímu. Škoda Auto se zapojila do projektu vývoje a výroby respirátoru, který v neuvěřitelně krátkém čase navrhl a vyvinul Institut informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) při ČVUT v Praze spolu s vývojovým centrem RICAIP, které společně založily ČVUT Praha, VUT Brno a dvě výzkumné organizace z Německa.

Výzkumné oddělení prototypů a modelů ve Škodě Auto. Zleva Jaroslav Kafka, David Vaněk a Martin Sova.
Výzkumné oddělení prototypů a modelů ve Škodě Auto. Zleva Jaroslav Kafka, David Vaněk a Martin Sova. | Foto: Eva Srpová

Celý vývoj až k získání potřebné certifikace zabral pouhý týden. Institut také během této doby dokázal oslovit dodavatele a zajistit výrobu nanovlákenného filtru od výzkumného ústavu Sigma z Lutína.

Nový typ respirátoru CIIRC RP95 vyvinutý českými vědci má mnoho kladů. Základem je plastová polomaska, kolem níž se na výstupky přichytí silikonový límec, a proto perfektně přilne k různým tvarům obličeje. Má dva otvory po stranách na filtry, které lze měnit, a také plastovou záklopku na nos. Filtry by podle firmy měly vydržet až pět dnů. Maska lze navíc snadno dezinfikovat a používat opakovaně.

"Základním tělem masky je plastový skelet. Vzniká spékáním polyamidového prášku PA-12 v 3D tiskárně HP Multi Jet Fusion. Po kvádru s výškou zhruba 400 milimetrů naplněném tímto práškem přejíždí hlava, která pomocí roztoku a tepla spojuje prášek v místech, která program v počítači předem nadefinoval," vysvětluje Martin Sova, koordinátor 3D technologií ve vývojovém centru prototypů a modelů Škody Auto.

Na displeji u 3D tiskárny je vidět, jak programátor počítačově "naskládal" do kvádru celkem 60 kusů respirátorů rozložených na jednotlivé díly - vedle skeletu samotného také na krytky a redukce k uchycení filtrů. Tiskárna tak za 16 hodin "upeče" všech 60 masek naráz.

Poté je potřeba je ještě chladit a také očistit speciálním vysavačem od vrstvy nabaleného prášku. Výhodou však je, že zhruba 80 procent nespečeného práškového materiálu lze znovu využít. Výsledkem je tmavě šedá, tenká, ale pevná a pružná maska připomínající materiálem na dotek hrubou gumu.

Polomaska je tenká, a přitom pružná. Není na ní na první pohled poznat, že je z 3D tiskárny.
Polomaska je tenká, a přitom pružná. Není na ní na první pohled poznat, že je z 3D tiskárny. | Foto: Eva Srpová

"Ve Škodovce jsme pomohli dovyvinout výrobní postup a nastavit procesy výroby. Veškeré podklady tak postupujeme všem dalším, kteří mají tento typ tiskáren v Česku, aby mohli vyrábět také. Už tento týden by tedy měla naběhnout výroba v maximální kapacitě 450 až 500 masek denně. Byl jsem se podívat na liberecké technické univerzitě a tam už vyrábějí také naplno," vysvětluje David Vaněk, vedoucí vývoje prototypů a modelů ve Škodě Auto.

Typ 3D tiskárny, která je na respirátor CIIRC RP95 vhodná, je HP Multi Jet Fusion a v Česku jich je sedm. Vedle té, kterou vlastní ČVUT, má další také univerzita v Plzni, liberecká univerzita, technická univerzita v Ostravě a dále tři firmy: Škoda Auto, 3D Tech a 3Dees. "Dovozce tohoto typu tiskáren, firma 3Dees, ale v tuto chvíli zajišťuje na leasing ještě jednu tiskárnu z Německa, bude jich tedy zřejmě osm," vypočítává David Vaněk. Jedna taková tiskárna stojí několik set tisíc eur.

Za den tedy není možné vyrobit na jednom zařízení více než zmíněných 60 masek. Proto se začátkem dubna počítá s výrobou zhruba 400 až 500 respirátorů v celém Česku za jeden den.

"3D tisk má samozřejmě tu výhodu, že nepotřebujete žádné drahé nářadí a tiskárna jede nepřetržitě. S první prototypovou várkou jsme vyzkoušeli, jak vyhovuje zdravotníkům, a udělali snadno na počítači dvě drobné úpravy. Po prvním víkendu jsme už měli finální typ a zvedli kapacitu. Nevýhodou samozřejmě je, že zatím nelze vyrábět v masovém měřítku, i když by bylo potřeba právě teď masek co nejvíc. ČVUT ale intenzivně, prakticky dnem i nocí, pracuje na urychlení výroby formou vstřikolisů," vysvětluje David Vaněk.

Forma výroby vstřikováním plastů by zcela změnila situaci, pak by se mohla kapacita navýšit až na 10 tisíc kusů respirátorů denně, ale vývoj této technologie trvá déle než 3D tisk.

"Naprojektovat vstřikovací formy trvá bohužel běžně spíš 10 týdnů. Musí se i detailně vymyslet technologie a určit, kdo to bude vyrábět, neumí to jakýkoli stroj. Ale víme, že se na vývoji intenzivně pracuje, CIIRC už jedná s firmami, které tuto technologii využívají v praxi," dodává Jaroslav Kafka, který se ve vývojovém oddělení prototypů a modelů Škody Auto věnuje 3D tisku a virtuální realitě.

Plastový skelet polomasky CIIRC RP95 je tlustý jen asi půl milimetru, přesto je na dotek neuvěřitelně pevný, zároveň pružný. Zajímavé na něm je i to, že na první pohled vůbec nevypadá jako výrobek z 3D tiskárny, právě proto, že používá techniku spékání prášku po malých vrstvách, nikoli nanášení plastových drátů jako běžnější 3D tiskárny.

"Právě proto CIIRC vybral tuto technologii, má totiž i další praktický důvod. Na porézním materiálu by mohly ulpívat bacily a nebyla by stoprocentní ani účinnost dezinfekce. Technologie HP Multi Jet Fusion zajistila pružnost, pevnost, ale také hladkost masky, i proto získala certifikaci nejvyšší ochrany," dodává David Vaněk ze Škody Auto.

"Za tuto pomoc si nic nikomu neúčtujeme. Jen materiálové náklady jsou asi sedm eur (zhruba 200 Kč) na jeden základní plastový skelet, a to nepočítáme ani energie, lidskou práci nebo čas strávený na vývoji. Navíc tiskárna by jinak dělala něco jiného, mohla by vyrábět, i když tu zaměstnanci nejsou. Ale ve Škodě jsme prostě chtěli pomoct, jak to jen jde. Respirátory jsou jen jednou z forem pomoci, máme jich mnohem víc," vysvětluje Sova.

Ministr zdravotnictví Adam Vojtěch (ANO) se nicméně nechal slyšet, že firmám, které vyrábějí masky pro zdravotníky, bude platit za materiál.

Vyrobené skelety ze Škodovky posílají do firmy 3Dees, která zajišťuje také výrobu silikonového těsnění, jedná s výrobcem filtrů Sigma a respirátory kompletuje. Masky jsou pak dodávány ministerstvu zdravotnictví a distribuovány do nemocnic.

 

Právě se děje

před 7 hodinami

Hokejisty USA povede na MS v Rize kouč Capuano z Ottawy

Hokejisty Spojených států amerických povede na mistrovství světa v Rize Jack Capuano. Bývalý hlavní kouč New York Islanders je od roku 2019 asistentem v Ottawě.

Čtyřiapadesátiletý Capuano bude působit u americké seniorské reprezentace potřetí a poprvé jako hlavní trenér. V roce 2017 byl asistentem na mistrovství světa a o rok dřív na Světovém poháru.

Další zprávy