mascherina in 3D

Se stai pensando di stampare mascherine con la tua stampante 3D, o se lo stai già facendo, un consiglio: lascia perdere. Se invece le hai già donate a qualcuno, forse dovresti riconsiderare la cosa ed eventualmente rimediare.

L’entusiasmo con cui la comunità maker sta affrontando la pandemia da Coronavirus è ovviamente comprensibile ed è sicuramente encomiabile l’aiuto che molti stanno dando.
Ma questa corsa alla modellazione/stampa delle mascherine sembra inutile e per certi versi anche deleteria. Viene il dubbio che la fretta, dettata dall’emergenza, non abbia permesso di farsi abbastanza domande.
Si tratta sempre di salute, dopotutto.

Ciò non vuol dire che sia meglio non stampare niente, ma che dovresti orientarti su cose sicure, come le visiere.

Questo articolo è rivolto principalmente a chi ha una stampante 3D, ma speriamo sia comprensibile da tutti.

Quali sono i problemi delle mascherine stampate in 3D?

Ci sono varie criticità che vanno considerate, alcune connesse al design del tipo di mascherine che si sono viste finora ed altri legati alla tecnologia di stampa principalmente utilizzata: la stampa FDM (Fused deposition modelingModellazione a deposizione fusa).

I pezzi stampati in FDM non sono a tenuta stagna

A differenza di altre stampanti, come le SLA (stereolitografiche), è quasi impossibile realizzare una mascherina in FDM a tenuta stagna, per due motivi:

  1. i materiali usati sono per lo più rigidi, come il PLA (acido polilattico, plastica biodegradabile che viene comunemente usata per le buste della spesa). È quindi complicato fare in modo che la mascherina si adatti ad ogni viso e la tenuta risulta problematica anche usando un materiale morbido per la parte di contatto col viso, ad esempio una guaina adesiva messa sul bordo.
  2. i pezzi sono porosi, anche nel caso di materiali flessibili come il TPU dove anzi questa problematica può essere maggiore rispetto ad un materiale rigido come il PLA, poiché il TPU è più difficile da stampare.
composizione pezzo FDM

Flexural Properties and Fracture Behavior of CF/PEEK in Orthogonal Building Orientation by FDM: Microstructure and Mechanism – Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/The-effect-of-pores-induced-by-CFs-on-the-flexural-behavior-of-orthogonal-printed_fig7_332339209 [accessed 9 Apr, 2020]

Le mascherine sono quindi inutili come filtro in fase di inspirazione. Infatti, un po’ in tutti progetti si dice chiaramente che non vanno bene per scopi sanitari.

Questo perché al massimo possono fare da barriera meccanica durante uno starnuto o un colpo di tosse, al pari di una mascherina in TNT (tessuto-non-tessuto) o delle mascherine chirurgiche.
I pezzi andrebbero infatti carteggiati / verniciati / ecc per renderli a tenuta, ma si presenterebbero altre problematiche ed il tempo di lavorazione diventerebbe esorbitante.

La conformazione stratificata rende complicata la sterilizzazione dei pezzi

layer stampa 3d

Un pezzo stampato in 3D viene formato uno strato alla volta (i cosiddetti layer): ha infatti ha una superficie rugosa, evidente soprattutto al tatto, e questo vale un po’ per tutte le tipologie stampanti.
La porosità di cui parlavamo prima, insieme alla rugosità della superficie, rendono il pezzo molto difficile da pulire/sterilizzare (ci vogliono apparecchi e sostanze apposite) e col tempo diventa un coacervo di batteri. Un ambiente umido come l’interno di una mascherina è perfetto per la loro proliferazione.

Questa problematica è sottolineata anche nelle FAQ delle visiere, citiamo:

LE VISIERE SONO MONOUSO? POSSO DISINFETTARLE/STERILIZZARLE?
“Attualmente, contrassegniamo le visiere come monouso perché i test su come sterilizzarle correttamente non sono ancora conclusi. Abbiamo pubblicato un articolo che riguardano varie opzioni per la disinfezione delle visiere, tuttavia, i test sono ancora in corso. Prestare attenzione quando si indossa la visiera per lunghi periodi di tempo. Continueremo ad aggiornare regolarmente l’articolo con nuovi risultati.

~ FAQ prusa3d.com

Anche se per le Montana Masks (il modello di mascherina 3D più diffuso) ci sono dei test batterici, non sono ancora stati validati dagli enti preposti.

Problemi legati al design

Mettiamo il caso che tu sia riuscito a creare una mascherina dalla tenuta perfetta, magari modellata su una scansione 3D del tuo volto: sei proprio sicuro che il suo design (insieme all’utilizzo di filtri improvvisati) permetta una respirazione agevole in tutti gli scenari e che abbia un’adeguata e sufficiente evacuazione dell’anidride carbonica espirata?

È per questo che molte mascherine hanno le valvoline di sfogo e le superfici dei filtri molto grandi, quando non è già tutta la superficie della mascherina ad essere un filtro come le classiche FFP usa e getta.

Naomi Wu, famosa maker cinese, esagera un po’ ma fa alcune considerazioni giuste:

“[…] provare a respirare attraverso un piccolo disco di materiale filtrante è come cercare di respirare attraverso una cannuccia. Peggio: dovrai anche espirare attraverso quello stesso piccolo disco”

~ link ai messaggi originali: https://twitter.com/RealSexyCyborg/status/1242285063095664640
naomi wu screenshot

Fibre plastiche e residui generati durante la stampa

retrazione stampa 3d

Per quanto le impostazioni di una stampante possano essere perfette, può comunque capitare che rimangano dei fili di plastica sottilissimi e dei pezzetti anche sotto il millimetro (e a volte anche combusti) lasciati principalmente durante lo spostamento dell’estrusore (la testina di stampa) da un punto all’altro del pezzo e/o dalla retrazione del filo (evita che il materiale coli durante lo spostamento).

Quello che potrebbe succedere è che questi residui si stacchino dal pezzo e finiscano nella bocca o nelle vie respiratorie dell’utilizzatore.

Anche se con l’esperienza si impara ad evitarlo, qualcosa potrebbe sempre sfuggire. Tanto più se a stamparlo è qualcuno che ha cominciato da poco ad approcciare la stampa 3D.

Nei materiali flessibili, come il TPU, questo capita più spesso poiché viene quasi sempre stampato con la retrazione disattivata.

Inoltre gli ugelli non sono esattamente rinomati per la loro pulizia.

ugello estrusore stampa 3d

Un estrusore relativamente pulito. Fonte: David Elliott – Flickr
(qui ne trovate uno più vicino alla media)

Una parentesi sui tubi di raccordo per le maschere da sub (Charlotte/Dave)

Il problema della rugosità/porosità della superficie, insieme al rischio della presenza di fibre plastiche e residui, vale anche per i raccordi creati per collegare le linee dell’ossigeno alle maschere da sub tipo easybreath (Decathlon, Mares, Ocean Reef). Sono anche più difficili da ispezionare e ripulire dai residui, rispetto ad una mascherina.

La differenza è che in questo caso si tratta di situazioni in cui si potrebbe dover scegliere tra la vita e la morte e dove quindi il gioco potrebbe valere la candela… ma soprattutto i pazienti devono firmare delle liberatorie per acconsentire all’utilizzo dei raccordi stampati in 3D.

Voi, insieme alle mascherine che avete donato o volete donare, che tipo di liberatoria avete allegato? 🙂

Conclusioni

In definitiva: perché rischiare, o mettere a rischio qualcun altro, per un oggetto che probabilmente non funziona meglio di una sciarpa ma che anzi si avvicina più ad una maschera da cosplay?

Non solo, ma perché sprecare della preziosa plastica, della preziosa energia e soprattutto del preziosissimo tempo (visto che ci vogliono anche 10 ore per una singola mascherina) per una cosa che si può fare con altri sistemi/materiali più idonei/sicuri?

Come detto all’inizio, avete comunque la possibilità di usare le vostre stampanti per fare del bene. Ma per quanto riguarda le mascherine non è semplicemente la tecnologia adatta per la produzione.

Non per niente tante aziende italiane hanno cominciato a produrre MILIONI di mascherine (non ad uso sanitario) al giorno e altre se ne aggiungeranno man mano che la burocrazia gli darà l’ok.

La PROTOTIPAZIONE può essere UTILISSIMA per creare dei prototipi e testare nuovi modelli di mascherine. Ma i pezzi finali andranno comunque realizzati con metodi classici come la stampa ad iniezione, per le ovvie economie di scala.
È anche per questo che le “stampanti 3D” sono ancora per lo più relegate all’ambito della prototipazione.

Dall’altro lato, la comunità dei maker sta dimostrando che la produzione diffusa è una cosa reale, DIROMPENTE, e sicuramente la grande risonanza ottenuta cambierà molte carte in tavola nei mesi e negli anni a venire.


Giovanni Avveduto | 3D print expert
Dott. Giorgio Romagna
| Medico Chirurgo & 3D print expert

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