Respirátor nad zlato

Český technologický tým spojil všechny, kdo mají co do činění s 3D tiskem, pro rychlou pomoc zdravotníkům.

Alex Lazarov ani Ondřej Štefek určitě nemohli vědět, že přijde koronavirová epidemie, nepopírají však, že když udeřila, měli to štěstí být ve správný čas na správném místě. Za pouhý týden dokázal mladý výzkumník Alex Lazarov spolu s kolegy navrhnout masku, kterou lze vytisknout na 3D tiskárně, k ochraně těch, kteří s nástupem pandemie každodenně riskují své životy v zájmu záchrany ostatních. 

Tak rychlá reakce týmu byla však možná pouze díky tomu, že jen o pár týdnů dříve Ondřej Štefek, spolumajitel a provozní ředitel pražské firmy 3Dees Industries instaloval, na Českém vysokém učení technickém (ČVUT), přesněji v Českém institutu informatiky, robotiky a kybernetiky (CIIRC) v Praze, tiskárnu HP Multi Jet Fusion. Situace kolem onemocnění COVID-19 přiměla Lazarova a jeho tým obeznámit se se specializovanou tiskárnou opravdu extrémně rychle – za pochodu.  A štěstí stálo na jejich straně i nadále: Lazarovovi kolegové v CIIRC při ČVUT se již nějakou dobu zabývali propracovanými průmyslovými návrhy.

Když se v půli března začal virus šířit střední Evropou, měl univerzitní výzkumný tým spolu se Štefkem nejvýhodnější startovní pozici k tomu, aby dokázali zorganizovat rychlou výrobu respirátorů pro nemocniční personál pomocí 3D tisku. „Jakmile jsme zaznamenali potřeby nemocnic, bylo nám od začátku jasné, že naše role směřuje právě tam,“ říká na adresu svých kolegů výzkumníků a vědců z CIIRC dr. Vít Dočkal. „Přišli jsme s myšlenkou respirátoru tisknutelného na 3D tiskárně, propojili ty, kteří mohli být nápomocni s rozšířením výroby, a pomohli jsme rozjet výrobu na všech tiskárnách v republice.“

Podle Dočkala vědci z CIIRC za normálních okolností pracují na vývoji pokročilých technik a nových přístupů v souladu s principy Průmyslu 4.0. Většina činnosti probíhá jako součást nového mezinárodního projektu, nazvaného Výzkumné a inovační centrum pro pokročilou průmyslovou výrobu (Research and Innovation Centre on Advanced Industrial Production – RICAIP), který CIIRC vytvořil společně s německými partnery a jenž je financován z prostředků Evropské unie. „Když udeřil COVID-19, uvědomili jsme si, že své zdroje můžeme velmi dobře využít právě pro tyto účely,“ říká Dočkal. Za vývojem respirátoru stála od prvopočátku síla mnoha pracovišť, která však dokázala vyvinout integrovanou produkci. 

Inovace a spolupráce

Snahou bylo vytvořit jednoduchou, opakovaně použitelnou masku, kterou lze rychle vytisknout na tiskárně HP Multi Jet Fusion a která by zajišťovala 100% ochranu před virem. (Běžné papírové chirurgické roušky nejsou proti patogenům dostatečně těsné.) Vědci z CIIRC přišli s návrhem masky s excentrickým portem, na nějž se našroubuje jednorázový filtr třídy P3. Bylo nutné, aby se maska dala sterilizovat (což vyžadovalo použití neporézního PA-12 prášku, který společnost HP poskytla pouze za cenu nákladů) a byla pohodlná při nošení.

 Výsledkem byl respirátor CIIRC RP95-3D, vypadající trochu jako plynová maska z první světové války. Návrháři ji vybavili také malými úchyty, aby si uživatel mohl masku na obličeji upravit, aniž by se musel dotknout vnitřního povrchu. A s trochou vlastenecké pýchy získala mřížka nosního portu geometrický tvar, připomínající českou vlajku.

Za pouhý týden prošla maska důkladnými zkouškami a byla schválena jako osobní ochranná pomůcka s výměnným filtrem třídy P3 v souladu s normou EN 140:1999, která poskytuje nejvyšší míru ochrany na úrovni respirátorů FFP3. 

V mezidobí tým dával dohromady další firmy v České republice, které vlastní 3D tiskárny HP, včetně automobilky ŠKODA a místního výrobního závodu německého konglomerátu Siemens, s nimiž oběma CIIRC dlouhodobě spolupracuje. Vše, co se v České republice točí kolem technologie 3D tisku, začíná a končí u Ondřeje Štefka – a vzhledem k tomu, že dodal a servisuje všech sedm průmyslových tiskáren HP v republice, dala se koalice rychle dohromady. 

Ve ŠKODA AUTO, kterou vlastní  společnost Volkswagen a v době pandemie měla odstávku, prováděli technici zkoušky tiskového postupu, který vědci optimalizovali k dosažení vyšší produkce. Záhy dosáhli kapacity 60 masek denně po várkách, které se 16 hodin tisknou a 16 hodin chladí. „Vše jsme dotáhli do detailu, aby respirátory v jedné várce mohly být co nejblíže u sebe, aniž by se navzájem ovlivnily,“ říká Martin Sova, koordinátor výroby plastů v divizi ŠKODA Technický vývoj. „Tisk byl od začátku do konce maximálně efektivní.

Za necelé dva týdny vyrobilo sedm tiskáren v republice 600 kusů pro ministerstvo zdravotnictví. Dnes dosahuje týdenní výrobní kapacita 2 000 kusů.

 Veškeré tištěné části se dodávají Štefkovi a jeho týmu do společnosti 3Dees, kde se respirátory kompletují. Ministerstvo zdravotnictví rozhoduje, které nemocnice je potřebují opravdu akutně.

Poptávka roste doma i v zahraničí (výrobní material pouze za nákladovou cenu)

Společnost HP pomohla také s propagací nové masky i za hranicemi České republiky. Tisková data k 3D tisku si zatím z její stránky stáhlo více než 80 organizací z více než třiceti zemí, které rovněž disponují tiskárnami Multi Jet Fusion, a budou tak moci masky podle originálního návrhu českého týmu vyrábět.

ČVUT sdílí software k návrhu pro nekomerční účely zdarma. Podle Dočkala patří mezi organizace, které o něj vyjádřily zájem, například americká Mayo Clinic a námořnictvo USA – ohniska onemocnění COVID-19 na nasazených lodích se již dostala do novinových titulků. Zásadní je, že masku je možné přizpůsobit i pro upevnění jiných typů šroubovacích filtrů, které se na celém světě liší.

 „Vidíme, jak se tiskárny HP Jet Fusion používají pro tisk různých druhů respirátorů v dalších zemích, kde se inspirovali českým příkladem. Teď si mohou vytvářet své vlastní typy, což je pozitivní,“ uvádí Dočkal.

Poptávka ale přichází nejen ze zahraničí. Na tým z CIIRC se obracejí i běžní občané, kteří by chtěli respirátory používat pro domácí péči o staré rodiče s onemocněním COVID-19, a také se ozývají rodiče dětí, procházejících onkologickou léčbou, které mají oslabenou imunitu. 

Vědci z CIIRC při ČVUT rovněž pracují na vylepšení samotné masky. „Pokoušíme se nalézt nějakou alternativu k externímu filtru, který je poměrně neforemný,“ líčí Dočkal. „Spolupracujeme s několika společnostmi, které se zabývají pokročilou výrobou nanotextilií. Chceme vyvinout vlastní filtry s nanotechnologií, které by byly lehčí a praktičtější.“ 

Jak Dočkal uvádí, objevuje se jen jeden důvod ke znepokojení, a tím je fakt, že soubory s návrhem si stahují amatérští nadšenci a vytvářejí si vlastní verze na domácích 3D tiskárnách, které ale nemohou konzistentně splňovat přísné standardy vyžadované pro zajištění ochrany. „Návrh je konkrétně určen pro tisk na tiskárnách HP Jet Fusion řady 4200 nebo 5200,“ zdůrazňuje.

Jakmile s domácím tiskem respirátorů začaly oddíly českých skautů, jejichž členové momentálně nechodí do školy, byly požádány, aby skauti svůj čas věnovali společnosti 3Dees Industries a kompletovali běžné masky pro veřejnost. Pustili se do toho – v barvě khaki, jak jinak.

3D tisk virtuálních zásob 

Další krok představuje navýšení běžné tovární výroby respirátorů. Za tímto účelem jsou vyvíjeny vstřikovací formy. To je velmi důležité. Vlády po celém světě budou dříve či později muset své zásoby osobních ochranných prostředků doplňovat.

Štefek se domnívá, že 3D tisk bude mít zásadní význam při přípravě na krize trvale a mluví o „virtuálních zásobách“.

 „Až tato krize pomine, což lze očekávat v následujících měsících, vlády by se měly zamyslet nad tím, jakou strategickou infrastrukturu je třeba mít lokálně k dispozici,“ říká Štefek. „Pokud máte veškeré dodavatele na Dálném východě, pak až přijde další krize, budete od svého dodavatelského řetězce odříznuti stejně, jako to teď vidíme v Evropě.“ 

Dočkal s tím souhlasí: „Pokročilá výroba založená na spolupráci různých pracovišť a aditivní výrobě, včetně 3D tisku, tady může pomoci,“ dodává. „Dlouhodobý efekt bude ten, že bude možné výrobu přenést ze zahraničí zpět na koncové trhy, v našem případě do Evropy. Flexibilní výroba umožňuje produkci individualizovaných výrobků se stejnou efektivitou, jaké v současné době dosahuje masová výroba. To je cesta, kterou jsme se vydali i v centru RICAIP.“

Přednosti 3D tisku vyzvihuje také Erika Lindauerová, ředitelka HP Inc. pro Českou republiku a Slovensko. „Potvrzuje se dynamický trend a důležitost 3D tisku v prototypech nebo rychlé aditivní výrobě. S tím, jak zákazníci zavádějí do výroby stále více 3D tisku, nabízí HP řadu nových možností, které jim pomohou zlepšit agilitu jejich byznysu a urychlit přechod na digitální výrobu.“ 

3D tisk je většinou spojován s obchodními společnostmi, ale Štefek i Dočkal očekávají, že se dostane rovněž do zorného pole velkých institucionálních hráčů. Jak ukázal příklad masky vyvinuté v CIIRC, start-upy, jako v tomto případě nová univerzitní spin-off společnost TRIX Connections, mohou během krize pomoci navrhnout výrobek ve formě výroby poskytované jako služba. Tento nový přístup RICAIP podporuje. 

Ministerstvo obrany může samo vlastnit 3D tiskárny a v případě krize může snadno aktivovat technologii a začít tisknout z 3D tiskových dat, která si připravili předem,“ uvádí Štefek. „Vlády tedy mohou mít virtuální zásoby v pohotovosti.”

Označeno tagem