In Kooperation mit einem Zahnarzt aus Lahnstein haben zwei Studierende der Hochschule Koblenz – WiIng-Masterstudent Maximilian Köthe und die angehende Maschinenbau-Ingenieurin Maike Krämer – individuell angepasste Mund-Nasen-Masken für den medizinischen Bereich entwickelt. Dafür nutzen sie den 3D-Druckprozess, der für die entstehende Maske die eingescannten Gesichtskonturen der Träger verwendet.
„Gerade in der Anfangszeit der Corona-Pandemie war es für uns ein großes Problem, persönliche Schutzausrüstung in ausreichender Menge zu beschaffen“, berichtet Zahnarzt Dr. Christian Weichert aus Lahnstein. Zahnärzte müssen beim Behandeln ganz nah am offenen Mund und der Nase der Patienten arbeiten. Weichert kam auf die Idee, Mund-Nasen-Masken im 3D-Drucker herzustellen. Damit wandte er sich an Prof. Dr. Detlev Borstell, der an der Hochschule Koblenz im Fachbereich Ingenieurwesen unter anderem das Modul Rapid Prototyping lehrt und das 3D-Labor mit aufgebaut hat. Ebenfalls zum Team des 3D-Druck-Labors gehören Maike Krämer und Maximilian Köthe.
Passgenau dank Körperscan
In enger Abstimmung mit der Zahnarztpraxis aus Lahnstein entwickelten die beiden Studierenden eine ganze Reihe von Prototypen, die sie fortlaufend erprobten, um so das Konzept immer weiter zu optimierten. Schwerpunktmäßig arbeitete das Forschungsteam unter anderem mit der Software SolidWorks, um konstruktive Lösungen zu realisieren. So entstanden nach und nach eine integrierte Filterverklemmung mit Bajonettverschluss, Halterungen für Gummibänder und vieles mehr. Anfangs konzipierte das Forscherteam die Mund-Nasen-Masken lediglich auf der Grundlage von einzelnen Gesichtsmaßen wie etwa dem Abstand von Kinn zu Nase oder dem Abstand der Wangenknochen zueinander. Vor eine große Herausforderung stellte sie allerdings die passgenaue Form der Maske auf das Gesicht. Da die 3D-gedruckte Maske auf Polylactid-Basis die Gesichtskonturen bis zu diesem Zeitpunkt lediglich annäherungsweise nachzeichnete, schloss sie nicht gut ab. Auch eine nachträglich angefügte Silikonlippe stellte keine befriedigende Lösung dar.
Den Durchbruch erzielten die Studierenden schließlich unter Zuhilfenahme eines 3D-Scanners (Artec Eva) und der Software MashMixer. Mithilfe der eingescannten Gesichtskonturen wurde es möglich, eine passgenaue Schalung zu konstruieren. Diese individualisierte Gesichts-Schale konnte dann mit dem bereits vorab im CAD-System konstruierten, bewährten Maskenteil digital verbunden werden. „So entsteht im 3D-Drucker eine Maske, die zwar auf Grund seiner Materialeigenschaften starr ist, sich aber individuell an das Gesicht anpasst und so perfekt abschließt“, erklärt Maximilian Köthe. „Um den Tragekomfort zu erhöhen, ist es möglich, zusätzlich eine dünne Silikonschicht auf die Ränder aufzutragen.“
Teilweise wiederverwendbar
Improvisieren mussten die beiden bei der Beschaffung des Filtermaterials. Weil sie wegen der weltweiten Nachfrage nach Filterstoff keine Meterware beschaffen konnten, schnitten sie aus den herkömmlichen medizinischen Masken passende kreisrunde Filter aus. Aus einer medizinischen Maske lassen sich so mehrere Filter für die Mund-Nasen-Abdeckung aus dem 3D-Drucker bereitstellen. Muss das genutzte Filtermaterial danach entsorgt werden, so kann die individuell angepasste Mund-Nasen-Abdeckung problemlos desinfiziert und wiederverwendet werden.