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3D打印/復(fù)印護(hù)目鏡消除勒痕 北化實(shí)驗(yàn)室制5000余套送抗疫一線
新型冠狀病毒感染的肺炎病魔席卷全國(guó)，面對(duì)突如其來(lái)的疫情,中華大地奮起抗擊，全國(guó)各地醫(yī)護(hù)人員馳援湖北。為抵御病毒的侵襲，醫(yī)護(hù)人員嚴(yán)密防護(hù)，但是由于長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，許多醫(yī)護(hù)人員的面部被防護(hù)用具所損傷。這一抹抹印記，是他們無(wú)私奉獻(xiàn)的軍功章，卻也牽動(dòng)著全國(guó)人民的心。
圖1 一線醫(yī)務(wù)人員的面部損傷
一、這些印記是如何產(chǎn)生的呢？
其根本原因，就是護(hù)目鏡和佩戴者的面部結(jié)構(gòu)不契合！
佩戴護(hù)目鏡是抵御病毒通過(guò)眼睛傳播的有效途徑。醫(yī)護(hù)人員為了保證嚴(yán)密性，往往勒得比較緊，使得護(hù)目鏡邊角處的棱與面部貼合的位置產(chǎn)生較大的壓力和摩擦力。隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)，受壓處會(huì)產(chǎn)生疼痛、麻木、壓紅、壓痕，甚至破損等壓力性損傷，嚴(yán)重者出現(xiàn)發(fā)炎癥狀，極大地影響了護(hù)目鏡的使用體驗(yàn)，危害醫(yī)護(hù)人員的健康。
護(hù)目鏡主要指用于運(yùn)動(dòng)、機(jī)加工、實(shí)驗(yàn)、臨床等防止眼睛被飛濺物品、化學(xué)藥品、傳染性體液（如飛沫、血液等）傷害的防護(hù)眼鏡，一般分為防固體碎屑類(lèi)和防化學(xué)溶液類(lèi)。應(yīng)對(duì)此次新冠肺炎，護(hù)目鏡的主要作用是防止噴濺性傳染源和空氣中的病原體進(jìn)入眼部。兩種防護(hù)眼鏡都可選用，但存在不同的使用范圍。防化學(xué)溶液的防護(hù)眼鏡因?yàn)榫哂辛己玫娜轿环雷o(hù)，可用于病原體密度較大的臨床、實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境，也適用于普通環(huán)境；而防固體沖擊的護(hù)目鏡僅適用于空氣中病原體密度小，可能存在傳染性體液噴濺的環(huán)境。
二、定制化護(hù)目鏡是什么？
解決護(hù)目鏡和佩戴者面部結(jié)構(gòu)的不契合問(wèn)題就需進(jìn)行護(hù)目鏡的定制化。
現(xiàn)有的普通醫(yī)用護(hù)目鏡由鏡架和鏡臂兩部分組成，原材料是聚碳酸酯等有機(jī)高分子材料，通過(guò)注塑機(jī)高溫塑化后，快速注入模具，冷卻后形成。由于制作模具需要較大成本和較長(zhǎng)周期，生產(chǎn)者往往會(huì)固定一個(gè)模具，重復(fù)使用進(jìn)行大批量生產(chǎn)，導(dǎo)致制作出來(lái)的護(hù)目鏡是完全一樣的，規(guī)格單一。
圖2北京化工大學(xué)英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室制作的護(hù)目鏡
由于不同人的臉部結(jié)構(gòu)不同，佩戴相同大小的護(hù)目鏡就會(huì)出現(xiàn)不合適的情況，因此就會(huì)產(chǎn)生上述困擾?，F(xiàn)在已經(jīng)有很多科技工作者提出了各式各樣的減緩措施，但想要從根本上解決該問(wèn)題，需從改善眼鏡結(jié)構(gòu)入手，為每名醫(yī)護(hù)人員"量體裁衣"，定制符合個(gè)人面部特征的護(hù)目鏡，特別是定制護(hù)目鏡的密封條，那將會(huì)是最佳的解決方案。
能做到嗎？答案是可以！
三、如何實(shí)現(xiàn)？——柔性3D打印/復(fù)印制備技術(shù)
利用三維掃描、柔性3D打印/復(fù)印制備技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)護(hù)目鏡密封條的定制化。具體技術(shù)路線如下兩種：
圖3 定制化護(hù)目鏡的制作流程
具體步驟為：
①三維掃描：利用"三維掃描儀"對(duì)佩戴者的面部輪廓進(jìn)行掃描，此過(guò)程只需1分鐘，可以在短期內(nèi)迅速采集大量數(shù)據(jù)。
②建立模型：采用三維建模軟件，根據(jù)掃描得到的數(shù)據(jù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)鏡框尺寸，形成密封橡膠條的三維模型。
③成型密封條：由于密封條采用柔軟的TPU或硅膠制成，需采用柔性材料專(zhuān)用3Ｄ打印設(shè)備或打印硬質(zhì)模具再模塑成形的3D復(fù)印技術(shù)制作；北京化工大學(xué)英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室發(fā)明的熔體微分3D打印可完全勝任柔性材料的3D打印成型。
④制作成品：將定制化的密封條替換原護(hù)目鏡密封條，可得到密封效果好、舒適感強(qiáng)的護(hù)目鏡，從而實(shí)現(xiàn)護(hù)目鏡的定制化。
圖4 安裝在護(hù)目鏡上的定制密封條
下面，小編為大家講講熔體微分3D打印技術(shù)與3D復(fù)印技術(shù)。
熔體微分3D打印技術(shù)
熔體微分3D打印技術(shù)的原理如圖5所示，創(chuàng)新采用精密螺桿式的物料塑化與供料原理、快速響應(yīng)的開(kāi)關(guān)閥式料流控制方式以及熔體壓力閉環(huán)自平衡等關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)各種材料的粒狀形態(tài)直接打印成型，解決了現(xiàn)有熔融沉積3D打印對(duì)耗材種類(lèi)和耗材形態(tài)存在限制的技術(shù)難題，耗材種類(lèi)廣、成本低。正因如此，以柔性材料作為產(chǎn)品原料的密封條得以制作成功。同時(shí)，也將這種設(shè)備形象地稱(chēng)為"不挑食的3D打印機(jī)"。圖6所示為熔體微分3D打印設(shè)備可適應(yīng)的材料與對(duì)應(yīng)的樣品模型。
圖5 熔體微分3D打印技術(shù)的原理
圖6 熔體微分3D打印設(shè)備可適應(yīng)的材料與樣品模型
3D復(fù)印技術(shù)
"3D復(fù)印"由北京化工大學(xué)英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室學(xué)科帶頭人、教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授楊衛(wèi)民教授提出，是以模塑成型裝備為核心的智能制造技術(shù)，通過(guò)掃描、3D打印制模、模塑成型一體化的智能系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的批量快速?gòu)?fù)制。
圖7 實(shí)驗(yàn)室正在采用3D復(fù)印技術(shù)生產(chǎn)護(hù)目鏡
至此，定制化護(hù)目鏡就制作出來(lái)了。再也不用擔(dān)心醫(yī)護(hù)人員受傷啦！
疫情發(fā)生以來(lái)，英藍(lán)實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持科研攻關(guān)，始終奮戰(zhàn)在抗擊疫情的前沿。實(shí)驗(yàn)室利用3D打印/復(fù)印技術(shù)，制造并生產(chǎn)出了帶側(cè)光板型的護(hù)目鏡5000余副，分2批次送抵一線，為湖北武漢、孝感等多地抗疫一線的環(huán)衛(wèi)工人提供了及時(shí)有效的健康防護(hù)，同時(shí)還捐贈(zèng)給北京多家三甲醫(yī)院和北京環(huán)衛(wèi)集團(tuán)、中信環(huán)境等單位。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人簡(jiǎn)介：焦志偉，男，1985年生，山西人，博士，北京化工大學(xué)副研究員，兼任中國(guó)塑協(xié)專(zhuān)家委員會(huì)常務(wù)副秘書(shū)長(zhǎng)，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員等。主要研究方向?yàn)?D打印、聚合物加工工藝裝備、軟體機(jī)器人。
