Club

 "Za týden se podařilo zhmotnit prvotní myšlenku až do konkrétního vysoce profesionálního výrobku s certifikací," říká o výrobě respirátorů hlavní výzkumník ČVUT, Alexandr Lazarov

Ochranné respirátory jsou od vypuknutí koronaviru nedostatkovým zbožím. Jejich výroba a distribuce je stále velmi pomalá. Do záchranné mise se zapojil tým ČVUT, který se rozhodl pro sériovou výrobu respirátorů z 3D tiskárny. A povedlo se. Výsledkem je výkonný respirátor, který nepropustí až 99,9 % částic. Jak probíhala výroba a kdo všechno se podílel na vývoji? To všechno nám prozradí Alexandr Lazarov, hlavní výzkumník z ČVUT.

 

CoolDialog

 

Nedostatek respirátorů trápí Česko od samého začátku koronavirové pandemie. Kdy jste s vývojem respirátorů začali a kdo jako první přišel s myšlenkou jejich výroby?

Na vývoji respirátoru začal tým výzkumníků CIIRC ČVUT, kteří jsou zároveň zapojeni do výzkumného centra RICAIP, v polovině března. S myšlenkou zkusit na nových 3D tiskárnách vytisknout respirátor přišel Vít Dočkal, vedoucí Projektové kanceláře CIIRC ČVUT.

O další vývoj a konečný tvar masky se zasadil celý tým, zásadním způsobem pak Alexandr Lazarov z 3D laboratoře při Testbedu pro Průmysl 4.0, dále Pavel Burget, vedoucí Testbedu pro Průmysl 4.0, a Petr Kadera, vedoucí výzkumné skupiny Inteligentní systémy pro průmysl. Byla to ale hlavně týmová práce a úsilí, které vedlo k tomu, že za týden se podařilo zhmotnit prvotní myšlenku až do konkrétního vysoce profesionálního výrobku, který získal certifikaci jako ochranná polomaska CIIRC RP95-3D.

 

Myšlenka vývoje vlastního respirátoru přinesla velké ohlasy a předpokládám i mnoho nabídek ke spolupráci. Kdo všechno se na jejich vývoji podílel? Můžete uvést například jednotlivé fakulty, vědce či oddělení?

Jádro týmu tvořila skupina asi osmi výzkumníků z CIIRC ČVUT, částečně zapojených do centra RICAIP (anglická zkratka pro Výzkumné a inovační centrum pro pokročilou průmyslovou výrobu). Právě i zařízení HP MultiJet Fusion, která byla klíčová pro úspěšný vývoj polomasek, byla jen pár týdnů před tím pořízena do CIIRC z projektu RICAIP, který získal prostředky jak z EU Horizont 2020, tak i v rámci OP VVV MŠMT.

 

 

Jaké technické problémy jste během vývoje řešili?

V průběhu vývoje masky čelili výzkumníci různým technickým problémům, s jejichž řešením jim pomáhali další odborníci. Velmi obětavě přispěl tým Františka Macha z Fakulty elektrotechnické ZČU, kteří uplatnili svoje znalosti při optimalizaci výroby silikonových částí respirátoru. Samotný výrobní proces silikonového těsnění se podařilo zajistit týmu společnosti 3D Tech.

Velkou roli měla i agentura CzechInvest, jejíž pracovníci pomohli provést výzkumníky procesem certifikace. Koordinace výroby a přípravou výrobní sestavy pro tiskárnu se ujala firma 3Dees Industries, což je oficiální zástupce HP 3D Printing pro Českou republiku. Tato společnost vyrobila také první prototypovou sérii.

Do další výroby se jako zapojila také Škoda Auto, která provedla zkušební tisk a nabídla jako první svoje výrobní kapacity. Do spolupráce zapojila také společnost HP, která zprostředkovala kontakty do zahraničí. CzechInvest a přímo její ředitel, Patrik Reichl, pak dokázal během víkendu zkontaktovat a do Prahy z Lutína dopravit první zkušební vzorky externích filtrů ze Sigma Výzkumný a vývojový ústav, dodavatelů filtrů i pro následnou výrobu.

 

Jak se tyto respirátory vlastně vyrábí? Co všechno je k výrobě zapotřebí?

Ochranná polomaska CIIRC RP95-3D se skládá ze tří výrobních částí. Hlavní část, tedy maska a dílčí komponenty, se vytiskne na speciálních 3D tiskárnách – HP MultiJet Fusion. Jsou to jiné tiskárny než ty, které známe z domácností nebo z médií. Tisk trvá asi půl dne, kdy se postupně ve vrstvách lepí a spéká díky infrazáření speciální materiál ve formě nylonového prášku do finálního tvaru. Skoro stejnou dobu pak trvá chlazení.

Takto vzniklé tělo masky se zkompletuje s těsněním a ventilační membránou. Obojí je ze silikonu, tedy z jiného materiálu, než je tělo masky, a vyrábí se formou lití do předem dané formy. Maska se poté zkompletuje s gumičkami pro uchycení na hlavu a také samozřejmě s externím filtrem, který je odnímatelný a tudíž vyměnitelný. Filtry odpovídající kvality jsou v ČR schopni dodávat v poměrně velkém množství dva výrobci.

 

V čem se liší vaše respirátory od těch klasických?

CIIRC RP95-3D je sestava skládající se z těla masky tisknutého na speciálních 3D tiskárnách a externího filtru stupně P3 a je jako celek certifikována dle normy EN 140:1999 jako ochranná osobní pomůcka. Splňuje tak stejný či vyšší stupeň ochrany jako respirátor FFP3, a to také díky externímu filtru, který dokonce nepropustí 99,9999 % částic.

Důležité je, že na rozdíl od respirátorů lze masku používat opakovaně, životnost se uvádí více než 10 let, je možné ji dezinfikovat a sterilizovat. Filtr lze používat minimálně jeden den, ale až týden podle prostředí, ve kterém se používá. Maska je primárně vyvinuta pro nejohroženější pracovníky zejména nemocnic, kteří denně čelí hrozbě střetu s nákazou.

 

 

Jak vlastně probíhalo samotné testování respirátorů? Jaké standardy musí splnit, aby mohl být lidmi běžně využíván?

Polomaska prošla náročným testováním, kde se prověřovala za různých podmínek její nepropustnost a zároveň dostatečná průchodnost vydechovaného vzduchu. Jak již bylo zmíněno výše, životnost masky je skutečně dlouhá díky použití vysoce kvalitních materiálů (polyamid PA12).

Maska prošla dalším testováním v Národní referenční laboratoři Státního zdravotního ústavu (SZÚ), kdy se prověřovalo zachování již certifikovaných vlastností po profesionální sterilizaci v parním sterilizátoru (autoklávu) při 121°C. Těsnost následně opět potvrdila zkušebna Výzkumného ústavu bezpečnosti práce.

 

Řekl jste, že ruku k dílu přiložily i velké české společnosti včetně ŠKODY nebo Sigmy Group z Lutína. Můžete nám blíže specifikovat vzájemnou spolupráci?

Škoda Auto jako první poskytla svoji 3D tiskárnu k testovacímu tisku a zároveň se zapojila do další výroby. Denně dodává maximální kapacitu a je tak jedním ze sedmi pracovišť, které nyní zajišťují výrobu těl masek. Sigma Lutín poskytla vzorky filtru k testování a konečné certifikaci a zapojila se jako dodavatel do další výroby.

 

Kolik kusů měsíčně je podle Vašeho týmu reálné vyrobit? Máte v tomto ohledu stanovené nějaké cíle?

Výrobu nyní zajišťuje a z hlediska logistiky zastřešuje společnost 3Dees Industries, která je také smluvním dodavatelem konečných výrobků pro Ministerstvo zdravotnictví ČR. To je v současné době výhradním odběratelem veškeré produkce, která se pohybuje na týdenním maximálním množství cca 2 500 kusů polomasek. Naším cílem bylo už od začátku upravit model pro zcela jinou technologii, a to pro výrobu formou vstřikování plastů. To umožní navýšit výrobu až na 10 000 kusů denně.

 

Deset tisíc kusů za den je slušný výsledek. Existuje nějaký faktor, který by proces mohl zabrzdit? Například problémy s nedostatkem materiálu či financí?

Pokud se zejména na začátku objevily nějaké problémy při organizaci výroby, tak se je vždy podařilo ve spolupráci s ostatními partnery a zejména i díky 3Dees Industries vyřešit. Ti nyní dodávají polomasky skutečně na nekomerční bázi jen za náklady. V současnosti se naše pozornost přenáší na zahájení sériové výroby. Probíhají jednání s jednotlivými ministerstvy a zejména díky podpoře ze strany MPO a agentury CzechInvest věříme, že tento kvalitní ryze český výrobek může znamenat také silný impulz i pro český průmysl. V případě státních záruk a koordinace odbytu by se tento produkt mohl dokonce stát pomyslným českým exportním rodinným stříbrem.

 

3D tiskárny aktuálně zažívají velký boom a mnoho lidí si je kupuje do svých domovů. Myslíte, že je možné, aby si za nějaký čas lidé s “domácí” 3D tiskárnou tiskli také svoje respirátory?

Pokud jde o model vyvinutý naším týmem, tak jsme skutečně cílili na udržení vysoké kvality a poskytnutí profesionální ochrany nejohroženějším pracovníkům na úrovni FFP3. Zkoušeli jsme i jiné technologie, ale to se neosvědčilo. Není zajištěna skutečná nepropustnost materiálu. Jsou určitě varianty různých náustků, které lze tisknout i na domácích tiskárnách, ale dle našich zkušeností bez dodatečné technologické úpravy nezaručí maximální ochranu.

 

Jak probíhá distribuce? Komu jsou vyrobené respirátory předávány?

Veškerá dosavadní produkce z 3D tiskáren je přes 3Dees Industries dodávána Ministerstvu zdravotnictví ČR, které je pak dle svého uvážení distribuuje dále. Polomasky samozřejmě sami testujeme, ale poskytujeme je primárně těm, kteří je nyní velmi potřebují, tj. profesionálové v první linii.

 

 

A jak se díváte na názory, že respirátor nemusí být pro okolí úplně vhodný? 

Použití polomasky je ochranou především pro uživatele zajišťující individuální ochranu zejména zdravotníkům. Chrání svého nositele i za cenu nižší ochrany okolí. Na takovém principu standardně stojí řada ochranných prostředků třídy FFP3 dostupných na trhu.

 

Měli by lidé přes respirátor nosit ještě roušku?

Podle ověřené praxe lékařů z čínského Wuhanu i z jiných oblastí postižených koronavirem je pro zvýšení ochrany okolí a minimalizaci rizika možné polomasku CIIRC RP95-3D doplnit nasazením roušky. Nicméně naši výzkumníci testují další úpravy masky tak, aby byl krytý i výdechový ventil.



Připravila: Petra Pruden

Foto: ČVUT; Michal Čížek (Škoda Auto)