3D打印/复印护目镜消除勒痕 北化实验室制5000余套送抗疫一线

慧正资讯：新型冠状病毒感染的肺炎病魔席卷全国，面对突如其来的疫情,中华大地奋起抗击，全国各地医护人员驰援湖北。为抵御病毒的侵袭，医护人员严密防护，但是由于长时间作业，许多医护人员的面部被防护用具所损伤。这一抹抹印记，是他们无私奉献的军功章，却也牵动着全国人民的心。

图1 一线医务人员的面部损伤

一、这些印记是如何产生的呢？

其根本原因，就是护目镜和佩戴者的面部结构不契合！

佩戴护目镜是抵御病毒通过眼睛传播的有效途径。医护人员为了保证严密性，往往勒得比较紧，使得护目镜边角处的棱与面部贴合的位置产生较大的压力和摩擦力。随着工作时间的增长，受压处会产生疼痛、麻木、压红、压痕，甚至破损等压力性损伤，严重者出现发炎症状，极大地影响了护目镜的使用体验，危害医护人员的健康。

护目镜主要指用于运动、机加工、实验、临床等防止眼睛被飞溅物品、化学药品、传染性体液（如飞沫、血液等）伤害的防护眼镜，一般分为防固体碎屑类和防化学溶液类。应对此次新冠肺炎，护目镜的主要作用是防止喷溅性传染源和空气中的病原体进入眼部。两种防护眼镜都可选用，但存在不同的使用范围。防化学溶液的防护眼镜因为具有良好的全方位防护，可用于病原体密度较大的临床、实验室等环境，也适用于普通环境；而防固体冲击的护目镜仅适用于空气中病原体密度小，可能存在传染性体液喷溅的环境。

二、定制化护目镜是什么？

解决护目镜和佩戴者面部结构的不契合问题就需进行护目镜的定制化。

现有的普通医用护目镜由镜架和镜臂两部分组成，原材料是聚碳酸酯等有机高分子材料，通过注塑机高温塑化后，快速注入模具，冷却后形成。由于制作模具需要较大成本和较长周期，生产者往往会固定一个模具，重复使用进行大批量生产，导致制作出来的护目镜是完全一样的，规格单一。

图2 北京化工大学英蓝实验室制作的护目镜

由于不同人的脸部结构不同，佩戴相同大小的护目镜就会出现不合适的情况，因此就会产生上述困扰。现在已经有很多科技工作者提出了各式各样的减缓措施，但想要从根本上解决该问题，需从改善眼镜结构入手，为每名医护人员"量体裁衣"，定制符合个人面部特征的护目镜，特别是定制护目镜的密封条，那将会是最佳的解决方案。

能做到吗？答案是可以！

三、如何实现？——柔性3D打印/复印制备技术

利用三维扫描、柔性3D打印/复印制备技术可以实现护目镜密封条的定制化。具体技术路线如下两种：

图3 定制化护目镜的制作流程

具体步骤为：

①三维扫描：利用"三维扫描仪"对佩戴者的面部轮廓进行扫描，此过程只需1分钟，可以在短期内迅速采集大量数据。

②建立模型：采用三维建模软件，根据扫描得到的数据，结合标准镜框尺寸，形成密封橡胶条的三维模型。

③成型密封条：由于密封条采用柔软的TPU或硅胶制成，需采用柔性材料专用3Ｄ打印设备或打印硬质模具再模塑成形的3D复印技术制作；北京化工大学英蓝实验室发明的熔体微分3D打印可完全胜任柔性材料的3D打印成型。

④制作成品：将定制化的密封条替换原护目镜密封条，可得到密封效果好、舒适感强的护目镜，从而实现护目镜的定制化。

图4 安装在护目镜上的定制密封条

下面，小编为大家讲讲熔体微分3D打印技术与3D复印技术。

熔体微分3D打印技术

熔体微分3D打印技术的原理如图5所示，创新采用精密螺杆式的物料塑化与供料原理、快速响应的开关阀式料流控制方式以及熔体压力闭环自平衡等关键技术，可实现各种材料的粒状形态直接打印成型，解决了现有熔融沉积3D打印对耗材种类和耗材形态存在限制的技术难题，耗材种类广、成本低。正因如此，以柔性材料作为产品原料的密封条得以制作成功。同时，也将这种设备形象地称为"不挑食的3D打印机"。图6所示为熔体微分3D打印设备可适应的材料与对应的样品模型。

图5 熔体微分3D打印技术的原理

图6 熔体微分3D打印设备可适应的材料与样品模型

3D复印技术

"3D复印"由北京化工大学英蓝实验室学科带头人、教育部长江学者特聘教授杨卫民教授提出，是以模塑成型装备为核心的智能制造技术，通过扫描、3D打印制模、模塑成型一体化的智能系统构建，实现具有复杂结构零件的批量快速复制。

图7 实验室正在采用3D复印技术生产护目镜

至此，定制化护目镜就制作出来了。再也不用担心医护人员受伤啦！

疫情发生以来，英蓝实验室坚持科研攻关，始终奋战在抗击疫情的前沿。实验室利用3D打印/复印技术，制造并生产出了带侧光板型的护目镜5000余副，分2批次送抵一线，为湖北武汉、孝感等多地抗疫一线的环卫工人提供了及时有效的健康防护，同时还捐赠给北京多家三甲医院和北京环卫集团、中信环境等单位。

项目负责人简介：焦志伟，男，1985年生，山西人，博士，北京化工大学副研究员，兼任中国塑协专家委员会常务副秘书长，中国机械工程学会高级会员等。主要研究方向为3D打印、聚合物加工工艺装备、软体机器人。