Use of 3D printed connectors to redesign full face snorkeling masks in the COVID-19 era: A preliminary technical case-study - 06/12/21

Doi : 10.1016/j.stlm.2021.100023 
Jacopo Profili, Ph.D. a, b , Rafael Brunet, B.A.Sc. c , Émilie L Dubois, Ph.D. d , Vincent Groenhuis, Ph.D. e , Lucas A Hof, Ph.D. c,
a Laboratoire d'Ingénierie de Surface, Centre de Recherche sur les Matériaux Avancés, Département de génie des mines, de la métallurgie et des matériaux, Université Laval, 1045 avenue de la Médecine, Québec G1V 0A6, Canada 
b Centre de recherche du CHU de Québec-Université Laval, Hôpital St-François d'Assise, 10 rue de l'Espinay, Québec G1L 3L5, Canada 
c Department of Mechanical Engineering, École de technologie supérieure, 1100 rue Notre-Dame Ouest, Montréal, QC H3C 1K3, Canada 
d Agence IMPAKT Scientifik, 481 Rue Saint-Joseph E suite 2, Quebec City, Quebec G1K 3B6 
e Robotics and Mechatronics, University of Twente, Enschede, the Netherlands 

Corresponding author.

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Abstract

The COVID-19 pandemic resulted in severe shortages of personal protection equipment and non-invasive ventilation devices. As traditional supply chains could not meet up with the demand, makeshift solutions were developed and locally manufactured by rapid prototyping networks. Among the different global initiatives, retrofitting of full-face snorkeling masks for Non-Invasive-Ventilation (NIV) applications seems the most challenging. This article provides a systematic overview of rapid prototyped - 3D printed - designs that enable attachment of medical equipment to snorkeling masks, highlighting potential and challenges in additive manufacturing. The different NIV connector designs are compared on low-cost 3D fabrication time and costs, which allows a rapid assessment of developed connectors for health care workers in urgent need of retrofitting snorkeling masks for NIV purposes. Challenges and safety issues of the rapid prototyping approach for healthcare applications during the pandemic are discussed as well. When critical parameters such as the final product cost, geographical availability of the feedstock and the 3D printers and the medical efficiency of the rapid prototyped products are well considered before deploying decentralized 3D printing as manufacturing method, this rapid prototyping strategy contributed to reduce personal protective equipment and NIV shortages during the first wave of the COVID-19 pandemic. It is also concluded that it is crucial to carefully optimize material and printer parameter settings to realize best fitting and airtight connector-mask connections, which is heavily depending on the chosen feedstock and type of printer.

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Keywords : 3D printed adapters, Non-invasive ventilation systems, Rapid prototyping, Full-face snorkeling masks, Fused deposition modelling, COVID-19 pandemic


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