3D打印/復印護目鏡消除勒痕 北化實驗室制5000余套送抗疫一線
新型冠狀病毒感染的肺炎病魔席卷全國，面對突如其來的疫情,中華大地奮起抗擊，全國各地醫護人員馳援湖北。為抵御病毒的侵襲，醫護人員嚴密防護，但是由于長時間作業，許多醫護人員的面部被防護用具所損傷。這一抹抹印記，是他們無私奉獻的軍功章，卻也牽動著全國人民的心。
圖1 一線醫務人員的面部損傷
一、這些印記是如何產生的呢？
其根本原因，就是護目鏡和佩戴者的面部結構不契合！
佩戴護目鏡是抵御病毒通過眼睛傳播的有效途徑。醫護人員為了保證嚴密性，往往勒得比較緊，使得護目鏡邊角處的棱與面部貼合的位置產生較大的壓力和摩擦力。隨著工作時間的增長，受壓處會產生疼痛、麻木、壓紅、壓痕，甚至破損等壓力性損傷，嚴重者出現發炎癥狀，極大地影響了護目鏡的使用體驗，危害醫護人員的健康。
護目鏡主要指用于運動、機加工、實驗、臨床等防止眼睛被飛濺物品、化學藥品、傳染性體液（如飛沫、血液等）傷害的防護眼鏡，一般分為防固體碎屑類和防化學溶液類。應對此次新冠肺炎，護目鏡的主要作用是防止噴濺性傳染源和空氣中的病原體進入眼部。兩種防護眼鏡都可選用，但存在不同的使用范圍。防化學溶液的防護眼鏡因為具有良好的全方位防護，可用于病原體密度較大的臨床、實驗室等環境，也適用于普通環境；而防固體沖擊的護目鏡僅適用于空氣中病原體密度小，可能存在傳染性體液噴濺的環境。
二、定制化護目鏡是什么？
解決護目鏡和佩戴者面部結構的不契合問題就需進行護目鏡的定制化。
現有的普通醫用護目鏡由鏡架和鏡臂兩部分組成，原材料是聚碳酸酯等有機高分子材料，通過注塑機高溫塑化后，快速注入模具，冷卻后形成。由于制作模具需要較大成本和較長周期，生產者往往會固定一個模具，重復使用進行大批量生產，導致制作出來的護目鏡是完全一樣的，規格單一。
圖2北京化工大學英藍實驗室制作的護目鏡
由于不同人的臉部結構不同，佩戴相同大小的護目鏡就會出現不合適的情況，因此就會產生上述困擾。現在已經有很多科技工作者提出了各式各樣的減緩措施，但想要從根本上解決該問題，需從改善眼鏡結構入手，為每名醫護人員"量體裁衣"，定制符合個人面部特征的護目鏡，特別是定制護目鏡的密封條，那將會是最佳的解決方案。
能做到嗎？答案是可以！
三、如何實現？——柔性3D打印/復印制備技術
利用三維掃描、柔性3D打印/復印制備技術可以實現護目鏡密封條的定制化。具體技術路線如下兩種：
圖3 定制化護目鏡的制作流程
具體步驟為：
①三維掃描：利用"三維掃描儀"對佩戴者的面部輪廓進行掃描，此過程只需1分鐘，可以在短期內迅速采集大量數據。
②建立模型：采用三維建模軟件，根據掃描得到的數據，結合標準鏡框尺寸，形成密封橡膠條的三維模型。
③成型密封條：由于密封條采用柔軟的TPU或硅膠制成，需采用柔性材料專用3Ｄ打印設備或打印硬質模具再模塑成形的3D復印技術制作；北京化工大學英藍實驗室發明的熔體微分3D打印可完全勝任柔性材料的3D打印成型。
④制作成品：將定制化的密封條替換原護目鏡密封條，可得到密封效果好、舒適感強的護目鏡，從而實現護目鏡的定制化。
圖4 安裝在護目鏡上的定制密封條
下面，小編為大家講講熔體微分3D打印技術與3D復印技術。
熔體微分3D打印技術
熔體微分3D打印技術的原理如圖5所示，創新采用精密螺桿式的物料塑化與供料原理、快速響應的開關閥式料流控制方式以及熔體壓力閉環自平衡等關鍵技術，可實現各種材料的粒狀形態直接打印成型，解決了現有熔融沉積3D打印對耗材種類和耗材形態存在限制的技術難題，耗材種類廣、成本低。正因如此，以柔性材料作為產品原料的密封條得以制作成功。同時，也將這種設備形象地稱為"不挑食的3D打印機"。圖6所示為熔體微分3D打印設備可適應的材料與對應的樣品模型。
圖5 熔體微分3D打印技術的原理
圖6 熔體微分3D打印設備可適應的材料與樣品模型
3D復印技術
"3D復印"由北京化工大學英藍實驗室學科帶頭人、教育部長江學者特聘教授楊衛民教授提出，是以模塑成型裝備為核心的智能制造技術，通過掃描、3D打印制模、模塑成型一體化的智能系統構建，實現具有復雜結構零件的批量快速復制。
圖7 實驗室正在采用3D復印技術生產護目鏡
至此，定制化護目鏡就制作出來了。再也不用擔心醫護人員受傷啦！
疫情發生以來，英藍實驗室堅持科研攻關，始終奮戰在抗擊疫情的前沿。實驗室利用3D打印/復印技術，制造并生產出了帶側光板型的護目鏡5000余副，分2批次送抵一線，為湖北武漢、孝感等多地抗疫一線的環衛工人提供了及時有效的健康防護，同時還捐贈給北京多家三甲醫院和北京環衛集團、中信環境等單位。
項目負責人簡介：焦志偉，男，1985年生，山西人，博士，北京化工大學副研究員，兼任中國塑協專家委員會常務副秘書長，中國機械工程學會高級會員等。主要研究方向為3D打印、聚合物加工工藝裝備、軟體機器人。
