COVID-19 – 3D Druck Gesichtsmasken Test

Seit Beginn der Corona-Krise habe ich mir als 3D-Drucker Besitzer Gedanken gemacht wie man den 3D Drucker nutzen kann um Anderen zu helfen. Es gab Berichte über gedruckte Ventile für Beatmungsgeräte (Externer Link: https://www.medicaldevice-network.com/news/3d-printed-valves-covid-19-italy/ ) oder Türgriffe zum Öffnen einer Tür mit dem Unterarm (Externer Link: https://www.materialise.com/en/hands-free-door-opener).

Am häufigsten findet man aber Anleitungen zum Drucken von Gesichtsmasken zum Schutz gegen Infektionen. Es gibt mehrere Modelle zum Download die sich in der Form, Herstellung und Funktionsweise stark unterscheiden. Deswegen habe ich mehrere Masken ausprobiert und gebe in diesem Artikel einen Überblick darüber und eine persönliche Bewertung ab.

Spaßig, Sicher, Formbar, Stabil, Flexibel

Die Flexible

Die flexible Maske wird, wie der Name schon sagt, aus flexiblem Filament gedruckt. Das kann entweder TPU oder ein anderes flexibles Filament sein. In meinem Fall nutzte ich NinjaFlex TPU in rot.

Die Flexible

Das Modell (STL) habe ich auf Thingiverse gefunden: (Externer Link: https://www.thingiverse.com/thing:4177128)

Die Maske besteht aus 5 Teilen:

  • Zwei flexible Hälften
  • Abdeckung für den Einlass
  • Abdeckung für den Auslass
  • Nasenklammer

Nur die beiden Hälften muss man in flexiblem Material drucken.

Druckeinstellungen

Wer schon einmal mit flexiblem Filament gedruckt hat weiss, dass man leider deutlich langsamer drucken muss als mit anderen Materialien. Um ein gutes Ergebniss zu bekommen habe ich mit 25-30mm/s gedruckt. Bei schnelleren Geschwindigkeiten kam es mehrfach zu Verstopfungen im Extruder.

  • 0.1mm Schichthöhe
  • Kein Support, Raft , etc
  • 50% Infill (Betrifft nur den dickeren Teil des Bandes hinter den Ohren)
  • 25-30mm/s

Die restlichen Teile kann man auch in PLA, PETG oder ABS drucken. Ich habe PLA verwendet mit 0.3mm Schichthöhe, ohne Support, 15% Infill.
Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Die beiden Hälften der Maske müssen mit Nadel und Faden zusammengenäht werden. Das Modell hat zwar Löcher dafür vorgesehen aber diese sind nicht durchgängig sondern nur in den obersten zwei Schichten. Die anderen Schichten muss man durchstechen. Am einfachsten geht dies, wenn man einen Karton unterlegt und erst einmal alle Löcher vorher durchsticht. Danach einen dickeren Faden durch beide Teile durchfädeln und verknoten.

Für den Ein- und Auslass braucht man jetzt noch Filtermaterial. Ich habe dafür Swirl Airfilter verwendet und auf die passende Größe zugeschnitten.

Die Nasenklammer muss man mit dem Fön heiß machen um sie dann passend zu biegen. Ich habe sie danach mit Sekundenkleber an die Maske geklebt.

Fertige Maske aus TPU

Fazit und Bewertung

Die Flexible trägt sich sehr gut und ist passgenau (lässt sich einfach hoch skalieren). Aber der Zeitaufwand für den Druck und den Zusammenbau ist hoch. Ob das Material tatsächlich dicht ist und somit gegen Infektionen schützt bezweifle ich allerdings, da man viele Unregelmäßigkeiten erkennen kann wenn man die Maske gegen das Licht hält. Eventuell kann man mit besseren Druckeinstellungen (z.b. noch langsamer, oder mehr Schichten) das ganze noch verbessern. Für den Einkauf oder Spaziergang sollte es reichen, als Arzt/Arzthelfer wäre es mir nicht sicher genug.

  • Tragekomfort (++)
  • Passgenau (++)
  • Materialverbrauch ca 20g Flexibles + 5g PLA (+)
  • Druckzeit ca. 6h (–)
  • Aufwand Zusammenbau (–)
  • Schutz gegen Infektionen (-/?)

Die Stabile

Die Stabile hat ein festes Gehäuse und einen Aufsatz um einen Filter einzusetzen. Man druckt sie in beliebigen Materialien wie PLA, ABS, PETG, etc. Allerdings sollte das Material hautverträglich sein da es fest am Gesicht anliegt.

Die Stabile

Das Modell (STL) habe ich auf Thingiverse gefunden: (Externer Link: Thingiverse)

Die Maske besteht aus 3 Teilen:

  • Stabile Maske
  • Außenabdeckung für Ein/Auslass
  • Innengitter für Ein/Auslass

Druckeinstellungen

Die Maske ist sehr einfach zu drucken. Es gibt keine besonderen Anmerkungen zum Druck.

  • 0.25mm Schichthöhe
  • Kein Support, Raft , etc nötig
  • 20% Infill
  • PLA/ABS/PETG

Ich habe die Teile in zwei separaten Läufen gedruckt 1) Maske 2) Abdeckung + Gitter. Dadurch kann man auch die Farbe variieren. Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Das Innengitter rastet man einfach in die Maske von Innen ein. Von Aussen baut man einen Filterstoff (Ich habe dafür Swirl Airfilter verwendet und auf die passende Größe zugeschnitten) ein und rastet die Außenabdeckung ein. Es würde auch ein 35mm+35mm Hepa Filter reinpassen, sofern man einen hat.
Zum Schluss bringt man noch ein Band oder Gummiband an die 4 Ösen an. Fertig !

Fertige Maske aus PLA

Fazit und Bewertung

Die Stabile lässt sich sehr einfach drucken und benötigt wenig Zeit zum Zusammenbau. Die Form passt gut und kann notfalls auch nach dem Erhitzen mit dem Fön etwas nachgeformt werden. Die Maske wirkt dicht und sollte keine Partikel durchlassen. Da 3D Drucke aber generell eher porös sind, würde ich auch diese Maske nicht für medizinische Zwecke einsetzen.

  • Tragekomfort (+)
  • Passgenau (+)
  • Materialverbrauch ca 45g PLA (+)
  • Druckzeit ca. 2.5 h (+)
  • Aufwand Zusammenbau (+)
  • Schutz gegen Infektionen (+/?)

Die Formbare

Die Formbare wird als flache 2-dimensionale Vorlage gedruckt und dann in die richtige Form gebogen. Man druckt sie in beliebigen Materialien wie PLA, ABS, PETG, etc. Allerdings sollte das Material Hautverträglich sein da es fest am Gesicht anliegt.

Die Formbare

Das Modell (STL) habe ich auf Thingiverse gefunden: (Externer Link: Thingiverse) bzw. kommt von der Firma Copper 3D (Externer Link)

Die Maske besteht aus 3 Teilen:

  • Maske zum formen
  • Aussenabdeckung für Ein/Auslass
  • Innengitter für Ein/Auslass

Druckeinstellungen

Die Maske ist sehr einfach zu drucken. Es gibt keine besonderen Anmerkungen zum Druck. Da die Maske 2-dimensional ausgedruckt wird, ist sie sehr schnell und einfach zu drucken.

  • 0.25mm Schichthöhe
  • Kein Support, Raft , etc nötig
  • 20% Infill
  • PLA/ABS/PETG

Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Die 2-dimensionale Maske muss man erst formen. Dazu erhitzt man die Maske mit einem Heisluftfön (geht bei PLA sehr einfach) und biegt beide Seiten in einen Winkel von ca. 80-90 Grad. Die Nasenflügel biegt man überlappend und dem Nasenwinkel angepasst. Dann noch den unteren Teil am Kinn bündig hoch biegen. Von Aussen baut man einen Filterstoff (Ich habe dafür Swirl Airfilter verwendet und auf die passende Größe zugeschnitten) ein ,dazwischen das Innengitter und macht die Aussenabdeckung drauf.
Zum Schluss bringt man noch ein Band oder Gummiband an die Ösen an. Fertig !

Feritg geformte Maske aus PLA

Fazit und Bewertung

Die Formbare lässt sich sehr einfach drucken und benötigt wenig Material. Der Zusammenbau ist etwas frickelich und die Form passt nicht wirklich gut.Die Maske wirkt eher undicht und ich würde sie nicht zum Schutz einsetzen.

  • Tragekomfort (+)
  • Passgenau (-)
  • Materialverbrauch ca 35g PLA (++)
  • Druckzeit ca. 1.5 h (++)
  • Aufwand Zusammenbau (-)
  • Schutz gegen Infektionen (–/?)

Die Sichere

Die Sichere ist diesmal keine Atemmaske sondern ein ganzer Gesichtsschutz. Zusätzlich zum den gedruckten Teilen benötigt man dafür eine passende Klarsicht Folie >=0.5mm. Das Modell wurde von Josef Prusa entwickelt und wird von Prusa Printers tausendfach ausgedruckt um die lokalen Behörden und Krankenhäuser zu unterstützen.

Die Sichere

Das Modell (STL) dazu findet man bei Prusa Printer (Externer Link)

Die Maske besteht aus 3 Teilen:

  • Kopfhalterung
  • Kantenverstärkung
  • Klarsicht Folie (>=0.5mm) / Notfalls große PET Flasche

Druckeinstellungen

Die Teile sind sehr einfach zu drucken. Es gibt keine besonderen Anmerkungen zum Druck.

  • 0.25mm Schichthöhe
  • Kein Support, Raft , etc nötig
  • 20% Infill
  • PLA/ABS/PETG

Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Um den Gesichtsschutz zu bauen braucht man erst eine starre Klarsicht Folie >=0.5mm. Pruse empfielt PETG Folie (z.b. Covestro Vivak). Da ich keine Folie zu Hause hatte habe ich improvisiert und stattdessen eine PET Einwegflasche zerschnitten und als Schild verwendet. Man muss einfach 4 Löscher an der oberen Kante mit dem Locher machen und das Schild dann an der Kopfhalterung einhängen. Das gleiche dann nochmal zur Stabilisierung an der unteren Kante (Kantenverstärkung). Zum Schluss noch ein Gummiband an der Kopfhalterung einhängen. Fertig.

Fertige Gesichtsschutzmaske mit Atem Maske

Fazit und Bewertung

Die Sichere lässt sich sehr einfach drucken und benötigt wenig Zeit zum Zusammenbau. Die Form passt ganz gut und kann mit beliebgen Atemmasken kombiniert werden. Durch die PETG Folie ist der Gesichtsschutz vollkommen dicht und sicher. Selbst für medizinische Zwecke sollte es in Kombination mit einer Atemmaske vollkommen ausreichen. Allerdings ist sie nicht zu 100% druckbar, man braucht noch PETG Klarsichtfolie. Im Notfall geht auch eine große PET Einwegflasche. Wenn man keinen Lasercutter besitzt ist das genaue Lochen der Folie ist aufwendig.

  • Tragekomfort (++)
  • Passgenau (++)
  • Materialverbrauch ca 30g PLA + Klarsichtfolie (+/-)
  • Druckzeit ca. 1.5 h (+)
  • Aufwand Zusammenbau (+)
  • Schutz gegen Infektionen (++)

Die Spaßige

Last but not least kommt die Spaßige. Diese Maske hat (fast) keinen medizinischen Nutzen sondern sieht nur spaßig aus.

Die Spaßige

Das Modell (STL) gibts auf Thingiverse (Externer Link)

Druckeinstellungen

Die Maske besteht aus nur einem Teil und muss mit Support gedruckt werden. Man druckt sie in beliebigen Materialien wie PLA, ABS, PETG, etc.

  • 0.25mm Schichthöhe
  • Support nötig
  • 20% Infill
  • PLA/ABS/PETG

Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Nach dem Druck muss man nur den Support entfernen und zwei Löcher zum anbringen eines Gummibandes rein bohren.

Fertige Maske beim Ski fahren

Fazit und Bewertung

Die Spaßige sieht cool aus hat aber keinen prakischen Nutzen

  • Tragekomfort (-)
  • Passgenau (-)
  • Materialverbrauch ca 180g PLA (-)
  • Druckzeit ca. 9 h (-)
  • Aufwand Zusammenbau (+)
  • Schutz gegen Infektionen (–)

Die Verbesserte (Die Sichere reloaded)

Wie oben beschrieben ist Die Sichere keine Atemmaske sondern ein ganzer Gesichtsschutz. Zusätzlich zum den gedruckten Teilen benötigt man dafür eine passende PETG Klarsicht Folie >=0.5mm die auf einem Lasercutter zugeschnitten werden muss.
Da ich keinen Lasercutter besitze und die PETG Folie nicht ganz so leicht zu bekommen ist, habe ich ein eigenes Design entwickelt welches für die Verwendung von Laminierfolien optimiert ist.
Zusätzlich ist die Öffnung zwischen Stirn und Schild jetzt geschlossen um Infektionen zu vermeiden.

Gesichtsmaske mit Laminierfolie

Das Modell (STL) dazu findet man bei 3Dprintapps.de http://3dprintapps.de/faceshield.html

Die Maske besteht aus 3 Teilen:

  • Kopfhalterung
  • Kantenverstärkung
  • Laminierfolie 100Micron (Leer durch ein Laminiergerät geschickt)

Druckeinstellungen

Die Teile sind sehr einfach zu drucken. Es gibt keine besonderen Anmerkungen zum Druck.

  • 0.3 – 0.35mm Schichthöhe
  • Kein Support, Raft , etc nötig
  • 15% Infill
  • PLA/ABS/PETG

Als Slicer verwende ich Simplify3D oder Slic3r und drucke direkt von einem Android Tablet mit der GCodePrintr App.

Zusammenbau

Der Zusammenbau ist deutlich einfacher als bei der “Sicheren” Gesichtsmaske, weil man keine besonderen Vorkehrungen bei der Folie treffen muss. (Kein Lochen und zuschneiden mit Lasercutter nötig).
Einfach die Laminierfolie in den dafür vorgesehenen Spalt stecken und die Löcher mit einem Schraubenzieher durchstechen. Falls die Folie zu dick ist, kann man den Schraubenzieher auch heiss machen und durch die Folie schmelzen.
Optional: Pins in die Loecher drücken und die Folie fest zu arretieren. Auch ohne Pins ist die Folie schon fest.
Das gleiche nochmal mit der Kantenleiste. (Folie nach Bedarf kuerzen)
Am schluss noch ein Gummiband auf ca. 20cm Laenge und schneiden an jedem Ende ein 1cm langes Loch hinein, einhägen, Fertig.

Fazit und Bewertung

Die Verbesserte lässt sich sehr einfach drucken und benötigt wenig Zeit zum Zusammenbau. Die Form passt ganz gut und kann mit beliebgen Atemmasken kombiniert werden. Durch die Laminierfolie ist der Gesichtsschutz vollkommen dicht und sicher. Selbst für medizinische Zwecke sollte es in Kombination mit einer Atemmaske vollkommen ausreichen. Allerdings ist sie nicht zu 100% druckbar, man braucht nur Laminierfolie die es überall zu kaufen gibt. Nachteil: nicht jede Laminierfolie ist glasklar und manche sind eher milchig. Leider kann man das vor dem Kauf nicht erkennen.

  • Tragekomfort (++)
  • Passgenau (++)
  • Materialverbrauch ca 30g PLA + Klarsichtfolie (+)
  • Druckzeit ca. 1.5 h (+)
  • Aufwand Zusammenbau (++)
  • Schutz gegen Infektionen (++)

Ich hoffe der Artikel war hilfreich und ich freue mich über Kommentare.

Christmas is in the Air….

Today I designed two new Christmas decorations for 3D printing and another one to cut on the CNC.
The 3D prints took ~2h each. I changed the filament in the middle to print in two colors.

XMAS Letters with 2 stars using 2 different filaments
XMAS Letters with stars infill
Wooden XMAS cut on my shapeoko CNC

3D models can be downloaded from Thingiverse:

https://www.thingiverse.com/thing:4028465

https://www.thingiverse.com/thing:4029306

Five different ways to upload your gcode files to #GCodePrintr App.

In order to print a gcode file you need to transfer it to the GCodePrintr App first. GCodePrintr allows multiple ways to transfer the GCode file:

1) Network Receiver

The “NetworkReceiver” allows GCodePrintr to receive Gcode files over Wifi (assuming your tablet/phone has wifi connectivity). Once enabled in the printer connection preferences (“Activate networkreceiver at start”) it will listen to port 53232 for incoming data. In order to send data from the PC, it is recommended to use the GCodeSimulator for PC Java application. (Download from here )
To send a gcode file:

  • A) Open GcodeSimulator application
  • B) Press the load button to load the gcode file
  • C) You can watch the simulation to spot any errors in the 3d print
  • D) Press the “send” button to open the send dialog
  • E) Enter the IP address of the tablet or phone (the IP can also be found when touching the GCodePrintr status bar below the console)
  • F) Choose “Autostart print” if GCodePrintr should start printing after the file has been transferred (requires that the USB connection has been established already)
  • G) The App should now show the “loading” dialog and receive the gcode file
GCodePrintr Status Dialog with IP Address

Step A & B can be skipped if you add GCodeSimulator as a post-processing script for your slicer (see separate FAQ entry below)

2) Web Interface

GCodePrintr has a web interface to control the printer through a web browers (e.g. firefox). Once enabled in the printer connection preferences (“Activate webserver”) it will listen to port 2323 for http requests.
To send a gcode file:

  • A) Get the IP address of your tablet/phone (the IP can also be found when touching the GCodePrintr status bar below the console)
  • B) Enter the address and port in your browser (e.g. http://192.168.0.1:2323)
  • C) On the GCodePrintr web interface, press “Connect to Printer” to establish the USB connection (This might require some manual confirmation on the tablet/phone)
  • D) Click the “Browse” Button to select the gcode file and press “Upload File”
  • G) The App should now show the “loading” dialog and receive the gcode file

3) Google Drive, Dropbox, etc.

GCodePrintr can open files from popular cloud storage apps like Google Drive, Dropbox, etc.

  • A) On the PC, store your gcode file on the cloud storage.
  • B) Then go to the tablet/phone and press the folder symbol in the GCodePrintr app (upper left corner).
  • C) Choose the Folder+ icon to open the Android file manager (you might need to install a file manager app first)
  • D) Select the cloud storage and choose the gcode file to open

4) Use Slic3r/Cura send to Octoprint feature

The popular open-source slicer Slic3r and Cura have a feature to send gcode directly to OctoPrint servers. GCodePrintr will listen to OctoPrint style requests and accept those file uploads. Once the webserver is enabled in the printer connection preferences (“Activate webserver”) it will listen to port 2323 for http requests. In Slic3r/Cura just enter the IP address and port of the GCodePrintr Web Interface (e.g. 192.168.0.99:2323) in the Octoprint field and try it out. (no API key required)

5) Open from local storage or SD card

GCodePrintr can open files from local storage or SD Card. You can copy the gcode file from you PC to the tablet/phone using standard Android mechanisms. e.g. through USB connection, put SD card in, bluetooth, …. Once the file is copied, open it in the GCodeprintr app.

Lametric Clone

LaMetric is a smart display which can connect to your wifi and can be controlled with your phone. The display looks nice and can show the time or various other metrics like twitter counts, weather forecast, etc.

The biggest issue with the LaMetric is the price. It costs >= 199€ which is much too expensive for a simple display. Therefore I started to build my own. With my own 3d printer and CNC machine, it should not be hard to make a good looking clone of the LaMetric.

Looking through the web I found two interesting projects:
ESPMetric -http://faire-ca-soi-meme.fr/domotique/2017/04/12/espmetric-afficheur-domotique-esp8266-arduino/
AWTRIX – https://docs.blueforcer.de/#/v2/

I bought a cheap 32×8 DOT LED Matrix at Ebay and started with an old Arduino to control the display:

To keep track of the time/date I use a simple DS3231 RTC module . An active buzzer is used to do the alarm. I added a rotary encoder to toggle through the menu and select entries. With the HC-06 bluetooth module it is possible to connect with my phone and send commands (currently using a serial console).

Features so far:
-Show time/Date (Clock with RTC module & Battery)
-Timer with alarm
-Scrolling Text
-Stop Watch

More to come…..