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Fabricación de respiradores para suministrar oxígeno a los pacientes con COVID-19

La lucha contra la COVID-19 continúa. Seguimos buscando soluciones tecnológicas que ayuden a combatir la pandemia que, dada la dificultad de allanar la curva de contagio y según la advertencia del departamento de Salud, provoca que las UCI estén al límite.

Por ello, en el CIM UPC colaboramos en iniciativas que trabajan a contrarreloj en la validación, fabricación y distribución de respiradores en los centros hospitalarios, un producto escaso y de vital importancia por los miles de pacientes ingresados. Las facilidades y flexibilidad de producción que permite la impresión 3D ayuda a hacerlo posible. Esto nos ha llevado a dar asistencia a grupos de trabajo que luchan para que los médicos no se encuentren en el escenario de no disponer de suficientes respiradores contra la COVID-19 y tener que priorizar de manera extrema las atenciones a los pacientes.

En estos proyectos es clave la colaboración entre médicos e ingenieros. Ambas partes ponen todos sus esfuerzos porque los prototipos sean técnicamente viables y contribuyan a reducir la mortalidad de la COVID-19. A diferencia del proceso habitual de cualquier proyecto, en este escenario de crisis sanitaria no se hacen estudios de costes ni de viabilidad económica: la prioridad es resolver los contratiempos técnicos que surgen en todo el proceso. Sin embargo, se tiene mucho en cuenta que el diseño pueda ser serializado con los componentes disponibles una vez el prototipo se valide. Este es uno de los puntos fuertes de la impresión 3D: es absolutamente flexible para materializar cualquier diseño.

El primer paso en estos proyectos ha sido el diseño conceptual. Son muchas las ideas desarrolladas y compartidas internacionalmente en el entorno de código abierto que lo han permitido. Todas se basan en un ensamblaje sencillo pero robusto y, sobre todo, plenamente funcional cumpliendo todas las indicaciones y exigencias de los médicos y del personal sanitario. Tanto es así que en las redes ya podemos encontrar los primeros prototipos validados e, incluso, las primeras preseries, que esperan ahora la aprobación de las autoridades sanitarias.

En el sitio web Fòrum A.I.RE de la red de fabricadores voluntarios contra la COVID-19, por ejemplo, se puede consultar cuál tiene que ser el funcionamiento de un respirador para que sea efectivo y no suponga un peligro para el paciente. En el Hospital ParcTaulí, de hecho, ya trabajan mediante un prototipo de código abierto realizado por la Universidad Americana de Rice (Houston, Texas), replicado en tiempo récord y rediseñado bajo la coordinación de Magí Galindo de LEITAT, todo un referente en nuestro país en Impresión 3D. En este proceso largo pero rápido, el CIM UPC aportó su conocimiento y material para dar fiabilidad al accionamiento del respirador de cara a las primeras tandas de ensayos en hospital.

Por su parte, otros equipos de trabajo tienen sus respiradores a punto para pruebas, algunos ya validados de forma básica por médicos, y se enfrentan a la incógnita de la complejidad de cómo poder ser homologados y a la incertidumbre de como abordar su serialización a nivel técnico y económico. Son ejemplos el modelo de código abierto diseñado desde Madrid por un equipo de más de 30 personas, coordinadas por Celera, o el que el Hospital Universitario Central de Asturias utiliza para efectuar las pruebas médicas correspondientes, desarrollado por equipos de voluntarios. Finalmente, mencionar también el respirador que han desarrollado desde el Hospital Clínico y el Hospital Germans Tries y Pujol, ya a la espera de aprobación por parte de las autoridades sanitarias. Se basa en un proyecto de código abierto con dos versiones, la “maker” y la industrial: de esta última versión, SEAT ha hecho últimamente una difusión con gran impacto.

Tan importante resulta tener el diseño de respirador validado, como poder poner en marcha la producción de componentes consumibles necesarios para su uso. El ejemplo más claro son los derivadores (disyuntores), los cuales permiten interconectar todo el sistema de tubos que forman parte de los respiradores, y hacer que un respirador pueda ser empleado para más de un paciente con seguridad. Estas piezas, las cuales también son imperativamente necesarias, están siendo fabricadas sin descanso en diferentes centros con tecnología industrial de impresión 3D. 

Ya el pasado 23 de marzo el CIM UPC recibía instrucciones de fabricar tantos derivadores de 2 y 3 vías como nos fuera posible. De hecho, había que fabricar 5 derivadores de 2 vías por cada derivador de 3 vías, a fin de atender en la proporción correcta las necesidades de cada tipo. En la siguiente imagen se visualiza el tanque virtual donde se sitúan en todo su volumen las piezas que fueron fabricadas mediante la tecnología de Sinterización Selectiva por Láser (SLS)

Esta, se trata de una tecnología muy diferente de la de las impresoras 3D de sobremesa, que trabajan con filamento fundido que se va depositando capa sobre capa. La tecnología SLS, también conocida como Fusión en Lecho de Polvo, dispone de un láser que funde polvo de poliamida haciendo que se superponga en capas de 0,1 mm. Solo funde el material de cada capa allá donde corresponde una parte de la pieza, de forma que el restante que no se funde sirve de soporte de todo el conjunto. En la imagen anterior, este polvo sería el volumen aparentemente vacío entre las piezas suspendidas en el aire.

En el CIM UPC, esta tecnología se aplica principalmente en la fabricación de prototipos de nuevos diseños de productos para empresas y start-ups de nuestro país, acelerando sus ciclos de desarrollo. En concreto, y tal como muestra la imagen, estos derivadores de respiradores fueron hechos en el equipo RICOH AM S5500P, un equipamiento puntero de alta capacidad.

 

Viernes 27 de marzo, las piezas eran entregadas a sus correspondientes destinatarios habiéndose puesto paralelamente en marcha un centenar de piezas más. Dado que estas máquinas pueden trabajar desatendidas mientras están en marcha, la producción puesta en marcha fue retirada lunes 30 en primera hora, después de trabajar todo el fin de semana, y entregada en la misma tarde. Esto si, hay que tener presente que la limpieza y pulido son operaciones desarrolladas por técnicos especializados que requieren gran profesionalidad y, cuando se trata por ejemplo de prototipos para automoción, a menudo estos tienen más valor añadido por el proceso de acabado que no en el puro proceso de impresión 3D.

Actualmente, tanto el CIM UPC como todo el conjunto de empresas e instituciones productoras, esperamos las homologaciones de tantos diseños de respiradores como sea posible, para poder ser fabricados en serie. Mientras tanto, las entregas de componentes se van sucediendo mientras todos esperamos que nuestro esfuerzo sea muy útil en la lucha que nos ocupa.

Desde el CIM UPC, transmitimos un sincero agradecimiento a todos los compañeros que también participan de este esfuerzo: 3DSix, Avinent-Corus, Barel, Eurecat, Hipra, HP, Ineo, Pantur y Prometal3D, así como a los compañeros de LEITAT, coordinadores de las recogidas, pedidos, aprovisionamientos y entregas. El CIM UPC también está para recordar que, sin industria, no hay país.

El esfuerzo por parte de todos continua y os damos la oportunidad para que nos ayudéis, no son tiempos fáciles para nadie y menos para las entidades sin ánimo de lucro vinculadas a universidades públicas y sin financiación basal: ¡os estaremos muy agradecidos! 

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