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            企業新聞

            三維掃描黑科技產品——提供貼身舒適保護的兒童口罩

              2020年8月。新冠肺炎依然肆虐,一場野火燒遍了美國西部大片區域。Kevin Ngo正在設計一款對他而言十分重要的產品,再過幾周就能完成了。

              經過兩年的研發,Kevin的獨特發明不僅可以保護他的三個孩子,還能保護其他小學生,免受病毒和空氣污染的影響??焖倬珳实娜S掃描技術正是Kevin此次重大項目Flo Mask口罩背后的重要技術。

              Flo Mask口罩是新一代可反復使用的亞微米級過濾式兒童呼吸口罩。其優點在于它獨特的過濾裝置和量身定做的墊圈,由世界一流的產品設計師設計,貼合4-12歲兒童臉型。這些過濾裝置在美國制造,能阻擋空氣中0.1微米的顆粒。Nelson實驗室的獨立測試表明,Flo Mask口罩能阻擋99.8%的病毒,透氣性是美國食品藥品監督管理局標準的600%。

              Kevin還利用為兒童設計的優質呼吸口罩技術,用于成人口罩設計。他參加了美國衛生與公眾服務部-生物醫學高級研究與發展局(BARDA)發起的口罩創新挑戰:打造未來口罩。

              這項挑戰旨在為大眾研發可大規模生產、且成本低廉的高效創意產品,以抵御呼吸道疾病病原體的入侵。Kevin的Air Flo實驗室有限責任公司已入圍決賽,爭奪最終的現金大獎。下半年,最多五名獲勝者將瓜分40萬美元。

              Flo Mask口罩的硅膠墊提供了不一樣的舒適感,過濾裝置十分獨特,經Nelson實驗室測試,透氣性是美國食品藥品監督管理局標準的600%。

              源起

              出現這一想法,主要是因為現有市場的缺陷。“我們有成人的N95口罩,防護性能很好,但是卻沒有適合兒童的好口罩,”Kevin說道。“諷刺的是,兒童是脆弱群體,竟沒有辦法防護。”Kevin一直在努力尋找一款能保護自己孩子的口罩,最終,他決定自己設計一款。

              Flo Mask口罩項目于2018年夏天啟動,當時,正是加州有史以來最嚴重的火災季節。到了2020年,情況更糟了。

              “小孩放學回家,感到惡心,嚴重頭疼。學校甚至給我們發郵件說,即使家里有N95口罩,也不要給孩子戴,因為不合身,孩子還是會吸入有毒氣體,”他說道。

              為保護孩子免受空氣污染和病毒影響而發明Flo Mask口罩的硅谷爸爸Kevin Ngo。

              Kevin仔細研究了空氣污染嚴重的國家為兒童提供的各種口罩,但沒有一款符合他的期望。“我從世界各地買回各類兒童口罩。我們評估的口罩不是貼合性不好,就是不舒適,或者效果有問題。許多口罩是織物口罩,在過濾PM2.5顆粒方面沒有任何作用,”他表示。

              Kevin憑借自己的AR/VR領域的經驗,非常清楚兒童優質口罩的開發離不開一項技術——三維掃描。Kevin嘗試了幾十個方案,但沒有一款讓他完全滿意。不是采集的數據質量不佳,就是采集速度過慢。對這個項目而言,半毫米誤差也不能容忍。

              初步設想的Flo Mask口罩設計概念。

               “我找到Indicate Technologies,他們有一臺埃太科三維掃描設備,“Kevin說道。“我那天休息,給他們打了電話,他們說可以過來看看。”

              埃太科三維金牌授權合作商Indicate Technologies的加州辦公室離Kevin家僅15分鐘車程,他很快見到了公司的3D產品專家Márcio Adamy。Kevin向他介紹了項目難點,以及對三維掃描儀的要求(速度、分辨率、精度),Márcio也有孩子,同樣受到嚴重空氣污染的困擾,他很清楚,這一切難點都可以通過一項解決方案來擊破,即Artec Eva。

              便攜式結構光三維掃描儀Artec Eva(精度:高達0.1毫米,分辨率:高達0.2毫米)

              “我們向他證明Artec Eva可以為孩子臉部進行掃描,還教Kevin如何使用掃描儀與軟件,還分享了一些提高掃描效率的技巧和方法,“Márcio說道。由于Kevin只需要周末時使用掃描儀,所以經商量,他可以在周末租用Artec Eva。

              Artec Eva是一款便攜式三維掃描儀,采用結構光科技,對人體而言100%安全,適合快速掃描大中型物體,精度可達0.1毫米,分辨率可達0.2毫米(HD模式)。

              “Márcio是位很棒的老師,整個培訓只花了1小時,我就學會了,“Kevin說道。

              Kevin用Artec Eva掃描自己的兒子。

              在接下來的兩周,Kevin在舊金山灣區來來回回,掃描了“自己認識的所有5-11歲兒童”??紤]到孩子鼻梁和鼻子大小不一,能搜集到各種3D數據,對本項目而言至關重要。所以,不同種族的孩子(亞裔、西班牙裔、美國非裔、高加索人)都進行了掃描,有了完整的頭部掃描就能設計出不勒耳朵的帶子。

              每次頭部掃描不到20秒,后期清理只需30秒。盡管起初他有所顧慮,但最后他確實不需要再購買Windows系統的電腦來運行Artec Studio。2015年的MacBook Pro加上Boot Camp就足以順利處理掃描。

              Kevin用Artec Eva為兒子首次完成的三維掃描,所有特征如實呈現。

              “有一次,學校排了十幾個孩子要掃描。Artec Studio的優勢就在于,我可以之后再清理掃描,”他說道。“我只要把孩子頭部后面的偽影切掉即可。清理噪點很容易。

              Artec Studio處理后,每份掃描需要發送至Pro Engineer CAD軟件。“準確對齊每份掃描后,找到適合各種臉型的形狀。這些掃描幾乎幫我們確定了90%的外形。之后,我們又進行了多次3D打印,在孩子身上測試效果,每次進行微調,逐漸制作出高分辨率的設計原型,”Kevin說道。

              設計墊圈。

              精益求精

              項目進行至此,Kevin及其團隊,也就是來自不同領域的專家朋友,需要繼續完善設計。

              “我們采用PolyJet打印技術,模擬硅膠材料的穿戴感受,并驗證我們的設計,”Kevin說道。然后,團隊找到生產工具。在共射成型階段,液態硅橡膠被粘合至塑料部件上,形成整體,其中過濾裝置開口處是空氣顆粒唯一可以滲透的地方。

              所以,Flo Mask的軟墊可以勾勒出兒童的臉部輪廓,同時口罩不會貼在嘴唇上??烧{節的綁帶可以直接繞過耳后,上方的帶子后面還加了橡膠墊,防止滑落。

              Flo Mask團隊經過幾輪CAD設計、3D打印、測試,確定了適合兒童的口罩設計。

              新一代過濾器

              尋找合適的過濾器很難,為此Kevin幾乎放棄了整個項目,畢竟過濾裝置的透氣性直接決定了口罩的成敗。

              通常,過濾裝置由緊密編織的纖維組成,防止顆粒通過。更好的保護往往要犧牲透氣性。“看起來還沒有透氣性良好的過濾器,我在美國找到一家生產呼吸機過濾器的醫療公司,”Kevin說道。

              Spunbond無紡布制成的呼吸機過濾裝置在阻隔病毒方面效果很好,同時還能保持良好的透氣性。“生產過程很不同,”Kevin解釋道。“這種過濾裝置不編織纖維,而是在上面打洞。這一過程會產生靜電荷,在吸引有害微粒與病毒時非常有用。”

              Flo Mask的一次性過濾裝置可以持續使用8小時。“在煙霧彌漫的環境中,過濾器的損耗更重,所以要盡早更換,”Kevin解釋道。“如果只是戴著口罩去雜貨店,那用幾天也沒問題??谡制溆嗖糠挚梢杂盟头试砬逑?,一小時內就會干。”

              清洗Flo Mask同樣相當簡單。

              用戶反饋

              “我還沒找到臉型不符合的小孩,”Kevin說道。“我們掃描了5-11歲的兒童,得到的臉型確實質量很高,年齡范圍擴大到4-12歲都沒問題,令人喜出望外。”但事實上,已經有2歲的孩子,也戴上了這款口罩。

              周末,Kevin經常帶著孩子去公園,他們會花上幾個小時的時間戴著面具踢足球。“孩子們戴著口罩跑來跑去,呼吸和說話都不成問題,”Kevin說道。他還告訴我們,加州門羅帕克Burgess兒科聯合創始人James Cisco博士測了Kevin家4歲女兒佩戴Flo Mask口罩后的血氧情況,也對這款產品相當認可??吹綌祿@示100%,他頻頻點頭。

               “Flo Mask提升了兒童口罩的行業標準。硅膠墊獨特,過濾效率高,還可水洗,讓我眼前一亮,”Cisco博士說道。

              Nelson實驗室測試顯示,Flo Mask過濾效果可達0.1微米,能有效阻擋超過99.8%的病毒。

              參與Flo Mask研發的家庭都免費領到了一只口罩,佩戴起來感到非常滿意。

              戴著口罩上飛機的5年級學生Patrick很快就適應了新口罩。“雖然有點壓臉,但相對而言還是很舒適,很快就感覺不到它的存在了,”他說道。

              “這款口罩對戴眼鏡的孩子來說特別友好,”他的父親補充道。“戴上口罩呼吸時,眼睛上起霧的問題沒這么嚴重了。” 

              一個有5歲和10歲孩子的母親表示,這款口罩不僅實用,還顏值在線。

              “下巴部位的墊圈密封性很好,口罩立體有型,能保證口罩內部有足夠的空間得以呼吸,”她說道,“而且外觀上也很出眾。”

              Flo Masks正式上市

              經過兩年時間,打磨了幾十款設計,Flo Mask于2020年12月正式發售。迄今為止,美國有超過2000位兒童正在使用這款口罩,許多家長在亞馬遜網站上表示自己孩子非常喜歡,用戶評價高達4.5分。

              Flo Mask配有5個一次性過濾裝置。

              “疫情關系,現在口罩的需求更大了,”Kevin說道。“各國國門即將打開,孩子們又要回到學校,或者到處旅行,人們可能會慢慢注意到這款與眾不同的口罩。我還沒找到其他能完成這項任務的解決方案,這是對埃太科三維設備的證明。如果沒有Artec Eva,Flo Mask是不可能實現的。

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