3D-Drucker liefert individuelle Mund-Nasen-Masken
Mit einer guten Idee und ein bisschen Tüftelei ist es zwei Studenten der Hochschule Koblenz gelungen, ein neues System für die Herstellung von Mund-Nasen-Masken zu entwickeln. Sie sitzen passgenau und lassen sich im Sinne der Nachhaltigkeit sogar mehrfach verwenden.
In der Zahnarztpraxis werden die Prototypen getestet.
Foto: Christiane Gandner Hochschule Koblenz
Der Anstoß zur Entwicklung der Schutzmasken stammte gar nicht von den Studierenden selbst, sondern von einem regional ansässigen Zahnarzt. Zahnärzte sind während der Corona-Pandemie einem besonders hohen Infektionsrisiko ausgesetzt. Denn zum einen können sie den Sicherheitsabstand bei ihrer Arbeit nicht einhalten, und zum anderen können die Patienten keinen Mund-Nasen-Schutz tragen. Umso wichtiger sind also die Masken für die Zahnärzte selbst und für ihr assistierendes Personal. „Gerade in der Anfangszeit der Corona-Pandemie war es für uns ein großes Problem, persönliche Schutzausrüstung in ausreichender Menge zu beschaffen“, berichtet Dr. Christian Weichert von der zahnärztlichen Gemeinschaftspraxis Weichert & Kempkes in Lahnstein.
Er wandte sich an die Ingenieure der Hochschule Koblenz, und in enger Abstimmung mit ihren Professoren werkelten zwei Studierende los: die angehende Maschinenbauerin Maike Krämer und Maximilian Köthe, Masterstudent im Wirtschaftsingenieurwesen. Sie hatten einige Herausforderungen zu bewältigen, ehe sie der Zahnarztpraxis die ersten Prototypen übergeben konnten.
Relativ unflexibles Material sollte trotzdem gut abschließen
„Wir mussten verschiedene Anforderungen unter einen Hut bringen: Die Mund-Nasen-Abdeckung sollte dicht, gut herstellbar und komfortabel tragbar sein“, sagt Köthe. Die beiden Studierenden begannen damit, mit der Software SolidWorks, Einzelteile zu konzipieren. Das 3D-CAD-Programm ist dafür gedacht, EDV-gestützt Konstruktionen für den 3D-Drucker zu entwerfen. Unter anderem Filterverklemmung mit Bajonettverschluss und Halterungen für die Gummibänder waren schon bald kein Problem mehr.
Die Maske selbst schichteten sie auf Polylactid-Basis. Das funktionierte prinzipiell gut, der Kunststoff brachte jedoch ein Problem mit sich: Das Material ist relativ fest und passte sich den Gesichtskonturen daher nicht an. Die Maske schloss also nicht ausreichend ab. Die Studierenden versuchten es daher mit einer Silikonlippe als Rand, was jedoch ebenfalls nicht ausreichte.
Die Lösung brachte ein 3D-Scanner. Mit ihm scannten die beiden die Gesichtskonturen des Zahnarztes und seiner Mitarbeiter ein. Daraus fertigten sie individuelle Schalen an, die sie mit der Masken-Konstruktion verbanden. „So entsteht im 3D-Drucker eine Maske, die zwar aufgrund ihrer Materialeigenschaften starr ist, sich aber individuell an das Gesicht der Trägerin oder des Trägers anpasst und so perfekt mit dem Gesicht abschließt“, erklärt Köthe „Um den Tragekomfort zu erhöhen, ist es möglich, zusätzlich eine dünne Silikonschicht auf die Ränder aufzutragen.“
Mund-Nasen-Masken lassen sich wiederverwenden
Für das Filtermaterial nahmen die angehenden Ingenieure einfach herkömmliche medizinische Masken und schnitten die benötigten kreisrunden Komponenten aus. Diese Filter lassen sich auswechseln. Die Maske kann zudem desinfiziert und wiederverwendet werden.
Dieser nachhaltige Ansatz war nicht nur den Studierenden wichtig, sondern auch dem Zahnarzt Dr. Weichert. Sein Team ist inzwischen mit den ersten Masken ausgestattet worden. Die Studierenden fertigen jetzt noch weitere Scans an, bis alle Zahnarzt-Mitarbeiter mit Masken ausgestattet sind. Im nächsten Schritt wollen sie die Masken in kleinen Serien produzieren und einem Feldversuch in der Praxis ausgiebig testen.
Arbeit unter besonderen Bedingungen: Corona-Einschränkungen
An dem Projekt beteiligt waren auch studentische Hilfskräfte des Rapid-Prototyping Labors. Sie hatten ebenfalls eine besondere Aufgabe zu bewältigen, nämlich die Corona-Einschränkungen. Sie generierten die CAD Modelle in ihren eigenen Wohnungen, telefonierten dazu oder nutzten Video-Chats. Allerdings mussten die Ausdrucke dann natürlich im Labor an der Hochschule angefertigt werden. Dafür ließ sich ein Teil der Drucker aus dem Homeoffice heraus übers Web ansteuern. Viele persönliche Besuche im Labor waren daher nicht nötig. Das Projekt hat also auch gezeigt, dass die Arbeit mit 3D-Druckern über virtuelle Teams funktioniert und größtenteils digital durchgeführt werden kann.
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