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.
Für Leute die keinen Lasercutter besitzen und da die PETG Folie nicht ganz so leicht zu bekommen ist, wurde ein alternatives Design entwickelt welches für die Verwendung von Laminier- bzw. Deckblattfolien optimiert ist.
Es gibt verschiedene Varianten des Schilds, u.a. eine Variante bei der die Öffnung zwischen Stirn und Schild geschlossen ist 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:

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 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 Laminier bzw Deckblattfolie 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 Länge und schneiden an jedem Ende ein 1cm langes Loch hinein, einhängen, 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 Laminier- oder Deckblattfolie ist der Gesichtsschutz vollkommen dicht und sicher. Selbst für medizinische Zwecke sollte es in Kombination mit einer Atemmaske ausreichen. Allerdings ist sie nicht zu 100% druckbar, man aber 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.