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TWI unterstützt die Entwicklung von Gesichtsmasken

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Wed, 08 April, 2020

Die britische Industrie bemüht sich, das staatliche Gesundheitssystem NHS rasch mit Produkten zu versorgen, die im Kampf gegen COVID-19 benötigt werden. Das TWI hat diese Bemühungen bei einer Reihe von Produkten unterstützt, darunter Beatmungsgeräte, Handdesinfektionsmittel und Gesichtsmasken. Die gegenwärtige Krise hat einige beispiellose Veränderungen mit sich gebracht, einschließlich einer Neubewertung des Gleichgewichts zwischen konventionellen Test- und Validierungsverfahren und den Folgen, die sich ergeben würden, wenn keine Sicherheitsprodukte zur Verfügung ständen. Dies hat zu einer Ausnahmeregelung bei der Anwendung von Normen für einige Produkte geführt, wodurch der Umfang der erforderlichen Tests drastisch reduziert wurde. Es ist jedoch nach wie vor von entscheidender Wichtigkeit, dass die zur Verfügung gestellten Produkte sowohl sicher als auch wirksam sind.

Gesichtsmasken stellen eine besondere Herausforderung dar. Als kostengünstiger Einwegartikel in großen Mengen erfordern sie ein einfaches, aber effektives Design und die Kompatibilität mit Herstellungsverfahren für große Stückzahlen. Die Herausforderung ergibt sich aus der Notwendigkeit, die Produktion über die bestehenden Einrichtungen hinaus auszuweiten; das bedeutet entweder, dass Design und Materialien geändert werden müssen, um dem verfügbaren Ausrüstungssatz zu entsprechen, oder dass neue Produkte eingeführt werden müssen, wobei das Verständnis für ungewohnte Prozesse schnell entwickelt werden muss.

Die Industrie arbeitet gleichzeitig mit beiden Ansätzen, und das TWI bietet technische Unterstützung, um diese Bemühungen zu ermöglichen. Bei der konventionellen Herstellung von Gesichtsmasken wird das Festkörperschweißen von Polymeren eingesetzt, eine Technologie, bei der der Hauptprojektleiter Scott Andrews seit über 25 Jahren der Industrie Schulungen anbietet. Er nutzt nun dieses Fachwissen, um der Industrie zu helfen, ihre diesbezüglichen Fachkenntnisse in Vorbereitung auf den Einsatz zu verbessern.

Der alternative Ansatz besteht darin, innovative neue Produkte zu entwickeln, die so konzipiert sind, dass sie schnell für die Herstellung auf vorhandenen Maschinen, oft außerhalb der konventionellen Fertigung medizinischer Produkte, hochskaliert werden können. Dieser Ansatz bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. In erster Linie musste das Design validiert werden. Tyler London, der die Modellierungs- und Simulationsgruppe des TWI leitet, hat mit Respolab Ltd. in Teesside zusammengearbeitet, um ihr Designkonzept, das in nur sechs Tagen erstellt wurde, zu validieren. Dieser Prozess, der normalerweise viele Monate dauern würde, konnte durch eine Kombination aus fortschrittlicher Strömungsmodellierung unter Verwendung von Simulationssoftware und gezielter Validierung durch physikalische Tests in TWIs Laborgebäuden in Cambridge drastisch auf nur wenige Wochen reduziert werden. Die Einatmungs-/Ausatmungs-Volumenströme wurden mit Strömungssimulationen modelliert, wobei TWI rechnergestützte Systeme zur Simulation und Analyse der Strömungsdynamik einsetzte, um zu zeigen, dass eine Normkonformitäts-Ausnahmeregelung auf der Grundlage numerischer Ergebnisse gerechtfertigt werden kann. Dadurch werden Verzögerungen beim Übergang zur Massenproduktion vermieden, vorausgesetzt, die normkonformen Tests werden zu gegebener Zeit durchgeführt. Dadurch wird die Gesamtzeit von der Konzeption bis zur Produktion auf weniger als einen Monat reduziert.

Parallel dazu wurden Konstruktionen erstellt, die lasergeschnittene Komponenten enthalten. Ali Khan von der Lasergruppe am TWI hat die Verbindungen zwischen den medizinischen Designunternehmen und den Einrichtungen für das Laserschneiden von Polymeren koordiniert, wobei er sich auf die langjährigen Beziehungen des TWI zur Fertigungsindustrie stützte, einschließlich seiner Mitgliedschaft in der Association of Industrial Laser Users.

Der Kampf gegen COVID-19 wird eine nationale Anstrengung erfordern, und das TWI steht jetzt und weiterhin an vorderster Front, wenn es darum geht, Fachwissen bereitzustellen, um ein schnelles und wirksames Handeln zur Bekämpfung dieser Krise zu ermöglichen.

Image courtesy of Professor John Power of Laser Expertise Ltd
Image courtesy of Professor John Power of Laser Expertise Ltd