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    3D打印个人防护用品 科技升级防护屏障

    2020-05-09来源:3D帝国网

      刚刚结束的五一国际劳动节,很多人的记忆依然停留在5天轻松愉悦的闲适时光,其实,劳动节真正的意义在于引起人们对劳动者权益的关注。劳动者在生产劳动中的人身安全得到有力保障便是劳动者权益中的重要内容之一。作为劳动者人身安全的最后一道保护屏障——个人防护用品意义非同一般。

      生产过程中存在各种危险和有害因素,会伤害劳动者的身体,损伤健康,甚至危及生命。个人防护用品(PPE:Personal protective equipment)指的是在劳动过程中防御物理、化学、生物等有害因素伤害人体而穿戴和配备的各种物品的总称,具体包括:帽、服、护耳器、呼吸防护器、防护眼镜、皮肤防护用品等类型。

      个人防护用品虽然不能降低工作场所中有害物质的浓度,也不能消除作业场所存在的有害物质,但它是最后一道保护人们安全不受伤害的屏障。个人防护用品作为—种辅助性预防措施,正确使用能防止或减少工伤事故的发生、预防职业病和职业中毒等。

      在科技主导的智能制造时代,个人防护用品的种类和功能日益多样化,与此同时,其制造方式也在发生改变,与科技融合渐成潮流。典型代表是通过3D打印的方式制造各种个人防护用品,这种融合既是科技创新的体现,也为个性化个人防护需求敞开了大门。

      以下这些极具科技感的个人防护用品皆是出自3D打印机之手。

      3D打印特殊防护眼镜

      图为:Fitz 3D打印护目镜

      为了有效遏止新冠肺炎病毒传播,3D打印眼镜品牌Fitz利用独家制作眼镜技术,提供给医护人员特殊的防护眼镜。Fitz Protect防护眼镜是由Fitz的眼镜加以改造,医护人员能通过苹果的应用程序来修改或测量瞳孔间距离,Fitz也在iPhoneiPad Pro机型上提供虚拟试戴服务,测量精确度达毫米级。Fitz Protect防护眼镜能遮盖上半脸,防止任何飞沫、液体进入嘴、鼻子与眼睛

      3D打印面罩

      图为:通用3D打印的面罩零部件

      通用目前正在迅速扩大医疗设备生产线的产能,以满足新型冠状病毒疫情带来的迫切需求。该公司已经通过与上汽通用五菱的合资企业在密歇根州沃伦市和中国生产面罩。这种面罩的组件在五个不同的产地进行3D打印,其中三处产地是密歇根州沃伦市的全球技术中心,密歇根州米尔福德的试验场,以及位于加州北好莱坞的高级设计中心。

      图为:3D打印机打印面罩

      位于布拉格的全球最大3D打印工厂Prusa Research提出利用3D打印机生产医用防护面罩,一旦原型被完全验证并批准用于医疗用途,Prusa Research五分之一的3D打印机将专门用于打印这些面罩,理论上讲,Prusa每天可生产多达4000个面罩。

      3D打印防护耳塞

      图为:loop公司与systems合作开发3D打印防护耳塞

      为了实现保护与体验之间的完美平衡,loop公司与systems合作开发设计出一款3D打印防护耳塞。这款环形耳塞与常见的耳塞不同,它们是圆柱形和空心的,允许声波通过小开口进入并通过声学通道进入,使音乐和语音保持清晰,同时保护耳膜。利用3D打印技术,Loop耳塞的独特造型成为可能。在声音管的末端有一个声学滤波器,可平均降低所有频率。最后,耳道由记忆泡沫制成的耳塞密封,以适应耳朵的形状。这些可以在所有频率下实现20分贝的降噪。

      3D打印防护头盔

      图为:3D打印足球头盔

      足球运动中,运动员容易受到诸如脑震荡这样的损害足球设备制造商Riddell借助3D打印开发了一款特制的足球头盔。为了制作头盔,Riddell团队借助3D扫描技术对足球运动员的头部进行了全方位的扫描,然后通过专有软件对头盔数据进行科学分析,最后建模定制头盔的内衬。内衬由8个自定义垫组成,都是用节能聚氨酯复合材料3D打印制造的,这些材料具有不同的密度,可以实现不同的功能。

      3D打印防护铠甲

      图为:3D打印柔性铠甲设计结构

      美国弗吉尼亚理工大学研究人员以海洋软体动物石鳖的环带为灵感,设计并3D打印了一款全新合成聚合物铠甲,这种3D打印的柔性铠甲可作为护膝,保护身体不被碎玻璃划伤。

      3D打印降低生产成本 提高生产效率

      线上设计建模,线下打印成型,3D打印不断调和效率和成本之间的矛盾,将快速制造发挥到极致。尤其是在企业产品生产严重依赖全球供应链的背景下,3D打印一步到位生产,让全球生产变成本地生产,减少供应链依赖的同时,也可以减少运输成本。而其一体成型,摈弃传统制造的开模、浇筑等复杂过程,显著提高生产效率。

      图为:3D打印安全帽外壳

      以安全帽为例,传统制造企业必须预先浇铸出设计好的模具才能进行生产,建模的过程一般比较漫长,所以安全帽的造型很少改动。随着3D打印技术的应用,了浇铸、建模程序,产品一旦设计出来即可直接打印,实现所见即所得3D打印可以降低模具成本达30%而且设计师在设计产品时不用考虑造型工艺上是否太过复杂,只需考虑对性能是否有益即可3D打印可以轻松打印出各种传统工艺不可能实现的复杂结构。由于3D打印一体成型,相比传统工艺的缝制、胶粘等多个环节,会减少断裂、开胶情况的发生

      未来,随着3D打印与物联网、互联网、云计算、大数据等深度融合,将进一步释放3D打印的制造能力,帮助工厂处理几乎所有的设计、生产、销售环节,大幅度降低工人数量,一个今天需要数万人工作的大型工厂未来可能只需要几十个管理人员控制3D打印设备即可,这对成本的降低将是颠覆性的。

      3D打印开启个人防护用品个性化定制

      目前,市面上的个人防护用品大都是规模化、大批量的工厂流水线式生产的,用户的自主选择空间有限,这也就造成一部分人所佩戴和使用的个人防护用品并不能真正满足个性化需求。

      以衣服、鞋帽为例,这些用品一般按照相对固定的标准分为了几个尺寸等级,消费者只能在这些尺寸里选择尽量贴合自己身材的。但是实际上每个人的身体构造都是独一无二的,消费者选择的产品完全贴合自己的可能性很小,但因为没有更多选择只能将就。就防护鞋而言,一双不适合自己的防护鞋,不仅穿起来不舒适,而且可能会危及健康。3D打印则可以真正做到因人而异,满足个性需求。根据个人脚型定制,完美照顾到每一位用户的穿戴感受,让鞋子配合人,而不是人将就鞋子,这是传统生产方式难以实现的

      图为:可用于扫描脚步数据的扫描仪

      而且通过3D打印个性化定制更为高效且没有任何形状限制。传统鞋的模型可能需要12个手工工人,在4-6个星期内完成,而且模型造型限制很大。引入3D打印技术后,只需两个人就可以在1-2天里完成,效率成倍提升另外3D打印采用的数字建模技术可以区分人体最微小的差异,让普通人可以拥有完全适合自己的个人防护用品。

      可以设想一下未来高度定制化的场景,想拥有一双完全适合自己的个人防护鞋,只需要扫描脚部数据,然后将扫描数据传送给工厂,工厂就可以根据数据3D打印出一双独家定制的防护鞋。相比一般定制动辄几个月的时间,这个过程可能前后只需要2-3天。

      3D打印应用于个人防护用品领域前景广阔

      个人防护用品是一个正处于创新发展的行业,它随着国际市场的发展而不断挖掘潜力。

      数据显示,2019全球个人防护用品市场规模为550亿美元,今年随着全球疫情的爆发,个人防护用品的需求量将呈大幅增长态势。尤其是口罩、护目镜、防护服等物资的需求量激增。

      中国个人防护用品行业市场规模在疫情扩散前呈稳定增长趋势。2015-2019年,中国个人防护用品市场的市场规模由596.8亿元增长至873.7亿元,年复合增长率10.0%2020年初,中国个人防护用品行业在突发疫情的短期内出现产品脱销与价格哄抬现象,迅速拉动市场规模与增速。

      图为:个人防护用品

      以此次疫情为契机,3D打印制造出的护目镜、防护服等防护装备,展现出的高效、一体成型、个性化制造能力引起个人防护用品领域的广泛关注,3D打印引入到个人防护用品生产领域有望成为应对公共卫生危机物资紧缺的新型解决方案。不止于此,3D打印完全个性化定制化不再属于少数人的特权,而是可以成为常规操作满足大众需求。

      3D打印应用于个人防护用品生产领域,在疫情蔓延期间尤为引发关注,其实,此前就有防护用品巨头尝试通过3D打印寻求产品和技术创新。早在2016年,3M公司实现了可3D打印的PTFE聚合物,这种材料非常疏水,几乎不溶于所有溶剂,它有任何固体的最低摩擦系数之一,非常适合作为外科手术植入物材料和防护用品材料使用。

      结束语:个人防护用品是劳动者人身安全的最后一道保护屏障,3D打印技术的融入,使得这份屏障愈加坚固,高效、便捷、一体成型,让更多人感受到科技创新带来的升级版防护体验。尤为重要的是,3D打印在满足大众需求快速生产的同时,也为小众个性化需求开启“绿色通道”,个性化防护用品制造真正做到因人而异,满足不同人群的个性化需求,这是智能制造时代3D打印对劳动者的高级守护,也是在以科技致敬劳动者。未来,随着3D打印技术的日趋成熟以及材料体系的不断完善,3D打印在个人防护用品领域的应用潜能将进一步释放,成为该领域生产重要的创新型解决方案。

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