นวัตกรรมต้านโควิด - 19 'เฟซชิลด์' จากเทคโนโลยี 3D printing

 

ใบหูเทียม หัวใจเทียมจากเนื้อเยื่อมนุษย์ คือผลงานความสำเร็จอันน่าทึ่งจากเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ หรือ '3D printing' นวัตกรรมคอมพิวเตอร์สมัยใหม่ของโลก ที่หลายคนอาจไม่คาดคิดว่าจะสามารถสร้างขึ้นได้จริงในห้องปฏิบัติการ แต่ในขณะเดียวกันท่ามกลางสถานการณ์การระบาดของโควิด-19 ทั่วโลก การพิมพ์ 3 มิติ เป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพในการนำมาใช้ผลิต หน้ากากชนิดบังใบหน้า หรือ 'Face Shield’ เพื่อเป็นเครื่องมือป้องกันนักรบเสื้อกาวน์ให้ปลอดภัยจากไวรัสมรณะ

 

• FabLab สร้าง Face Shield

อุปกรณ์สำคัญที่ช่วยหยุดยั้ง ป้องกันการติดเชื้อไวรัสก่อโรค COVID-19 นอกจากหน้ากาก N95 และหน้ากากอนามัยแล้ว หน้ากากชนิดบังใบหน้า หรือ Face Shield เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นอย่างมากสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ในการป้องกันการฟุ้งกระจายของสารคัดหลั่งจากผู้ติดเชื้อ

โครงการโรงประลองต้นแบบทางวิศวกรรม (Fabrication Lab) เพื่อพัฒนาทักษะความเป็นนวัตกรแก่เด็กและเยาวชนไทย หรือ FabLab สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ทั้งส่วนกลางที่บ้านวิทยาศาสตร์สิรินธร อำเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี และเครือข่าย FabLab ภูมิภาค รวมถึงเครือข่ายนักประดิษฐ์หรือ Maker ได้ร่วมกันใช้เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในโครงการ FabLab เร่งผลิต Face Shield ที่มีความแข็งแรง ทนทาน และใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อเป็นอุปกรณ์ป้องกันตนเองสำหรับุคลากรทางการแพทย์อย่างต่อเนื่อง

 

 

ดร.อ้อมใจ ไทรเมฆ .ผู้ช่วยผู้อำนวยการ สวทช. กล่าวว่า เมื่อปี 2561 คณะรัฐมนตรี ได้สนับสนุนงบประมาณให้ สวทช. ดำเนินโครงการโรงประลองต้นแบบทางวิศวกรรมเพื่อพัฒนาทักษะความเป็นนวัตกรแก่เด็กและเยาวชนไทย หรือ FabLab ทางโครงการฯ ได้ส่งเสริมให้มีการจัดพื้นที่การเรียนรู้ ‘โรงประลองต้นแบบทางวิศวกรรม (FabLab)’ ในสถานศึกษาทั้งโรงเรียนที่มีการสอนในระดับชั้นมัธยมศึกษา และวิทยาลัยเทคนิค รวมจำนวน 150 แห่ง กระจายใน 68 จังหวัดในประเทศ เพื่อให้เยาวชนมีทักษะด้านวิศวกรรม มีความคิดสร้างสรรค์ สามารถออกแบบและสร้างชิ้นงาน จากเครื่องมือและอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม เช่น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องตัดเลเซอร์ ได้อย่างเป็นรูปธรรม

 “ในยามสถานการณ์การแพร่ระบาดของโรค COVID-19 ซึ่งเป็นโรคระบาดที่สร้างผลกระทบในวงกว้าง ทาง FabLab บ้านวิทยาศาสตร์สิรินธร เครือข่าย FabLab ในสถานศึกษา และมหาวิทยาลัยพี่เลี้ยง 17 แห่ง ได้รวมพลังใช้เทคโนโลยีและเครื่องมือต่างๆ ที่มีในโครงการฯ มาสร้างสรรค์อุปกรณ์และสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น Face shield จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ, กล่องป้องกันฟุ้งกระจาย (Aerosol), ต้นแบบเครื่องกดเจล ล้างมืออัตโนมัติ, ส่วนประกอบเคาน์เตอร์คัดกรองผู้ป่วย เป็นต้น เพื่อส่งมอบให้บุคลากรทางการแพทย์ในสถานพยาบาลต่างๆ ใช้ในการปฏิบัติงานเพื่อตรวจคัดกรองและรักษาผู้ป่วยเพื่อลดความเสี่ยงในการติดเชื้อก่อโรค COVID-19”

 

• 3D printing พิมพ์ Face Shield

การพิมพ์ 3 มิติ เป็นเทคโนโลยีที่กำลังได้รับความนิยมอย่างมากในการการสร้างโมเดลเสมือนจริงหรือการขึ้นรูปชิ้นงานซึ่งทำได้ด้วยวัสดุหลากหลายแบบ ทั้งพลาสติก ยาง โลหะ ไนลอน อัลลอย จุดเด่นของเทคโนโลยีนี้นอกจากสร้างสิ่งที่คิดให้เป็นจริงได้แล้ว การสร้างชิ้นงานยังมีความยืดหยุ่น และมีความจำเพาะเจาะจงต่อผู้ใช้ได้ ซึ่งนั่นทำให้การพัฒนา Face Shield มีประสิทธิภาพและตอบโจทย์ผู้ใช้งานอย่างมากด้วย

ปริญญา ผ่องสุภา วิศวกรประจำโครงการ FabLab ฝ่ายบริหารบ้านวิทยาศาสตร์สิรินธร สวทช. กล่าวว่า อุปกรณ์ Face shield ที่ผลิตขึ้นเพื่อสู้กับสถานการณ์โควิด-19 ในครั้งนี้ ทีมวิศวกรได้ต่อยอดแบบการขึ้นรูป Face shield จากเมกเกอร์ Prusa Protective Face Shield Model : RC2 ที่ส่งแบบมาพิมพ์ต้นแบบด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ FabLab โดยมีการปรับแก้ไขแบบและพัฒนาต่อยอด เพื่อให้ได้รูปแบบที่ใช้งานได้สะดวกและรู้สึกสบายเมื่อสวมใส่เป็นระยะเวลานาน

“ในการพัฒนาได้มีการเขียนแบบและพัฒนาต้นแบบโมเดล 3 มิติ จากนั้นนำมาแบ่งโมเดลออกเป็นชั้นๆ เพื่อทำการแปลงให้เป็น G-Code หรือภาษาสำหรับการสั่งงานเครื่องจักรให้เคลื่อนที่ไปตามตำแหน่งที่ต้องการ ก่อนนำไปพิมพ์ขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยที่ FabLab เป็นวิธีการฉีดเส้นพลาสติกที่เรียกว่า FDM หรือ Fused Deposition Modeli เป็นเทคนิคการพิมพ์ที่เรียบง่าย ไม่ซับซ้อน มีราคาถูกกว่าการพิมพ์ด้วยเทคนิคอื่นๆ สามารถสร้างชิ้นงานที่นำไปใช้ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นผลิตภัณฑ์ต้นแบบ หรือชิ้นส่วนที่ใช้งานจริง เนื่องจากวัสดุมีความแข็งแรง มีวัสดุการพิมพ์ให้เลือกใช้หลายแบบ และวัสดุพิมพ์มีราคาถูก เมื่อเทียบกับวัสดุของเครื่องประเภทอื่น เช่น เรซิ่น ผงไนล่อน หรือผงเหล็ก”

 

 

สำหรับ Face Shield ที่ออกแบบขึ้นนั้น ปริญญา อธิบายว่า ประกอบด้วย 3 ชิ้นส่วนหลัก ได้แก่ กระบังด้านหน้า (Visor) แผ่นพลาสติกใส (Clear plastic sheet) และสายรัดศีรษะ (Elastic head band) โดยที่แผ่นพลาสติกใสและสายรัดศีรษะ สามารถหาซื้อได้ทั่วไปตามท้องตลาด แต่ชิ้นส่วนกระบังด้านหน้านั้น ไม่สามารถหาซื้อได้ อีกทั้งยังเป็นชิ้นส่วนที่สำคัญมาก เพราะจะต้องสัมผัสกับผู้ใช้งานโดยตรง เป็นระยะเวลานาน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีความแข็งแรง คงทนและยืดหยุ่น สามารถปรับให้เข้ากับศรีษะของผู้สวมใส่แต่ละคนได้

นอกจากนี้ยังได้คำนวณระยะห่างระหว่างแผ่นใสกับใบหน้าให้มีตำแหน่งที่เหมาะสม เนื่องจากต้องคำนึงถึงผู้ที่สวมแว่นตาหรือแพทย์พยาบาลที่ต้องสวมแว่นตาทางการแพทย์ซ้อนทับอีกชั้นหนึ่งด้วย รวมทั้งยังพัฒนา Face Shield ให้สามารถถอดเปลี่ยนแผ่นพลาสติกใส เมื่อต้องการทำความสะอาดหรือเปลี่ยนชิ้นใหม่ได้ โดยขณะนี้ FabLab ที่บ้านวิทยาศาสตร์สิรินธร สามารถผลิต Face shield ได้วันละ 50 ชิ้น

“Face Shield ที่ผลิตออกมาจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ทุกชิ้นจะมีการตรวจสอบคุณภาพ (Quality Control) ทั้งการลบคม การปรับแต่งอุปกรณ์ให้สวมใส่สบาย ปรับแต่งแผ่นใสให้มีความมนไม่แหลมคม ซึ่งจะเป็นอันตรายในการสวมใส่”

 

• Face Shield เพื่อนักรบเสื้อกาวน์

ตลอดระยะเวลาการระบาดของโรคโควิด-19 โครงการฯ FabLab ได้ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ผลิต Face shield ให้บุคลากรทางการแพทย์ตามโรงพยาบาลต่างๆ เพื่อใช้ในการดูแลรักษาและคัดกรองผู้ป่วย COVID-19 อย่างต่อเนื่อง

ดร.อ้อมใจ กล่าวว่า โครงการฯ FabLab ได้ส่ง Face shield ให้บุคลากรทางการแพทย์แล้วจำนวน 9 โรงพยาบาล จำนวนรวม 599 ชุด เช่น รพ.ธรรมศาสตร์เฉลิมพระเกียรติ รพ.ปทุมธานี รพ.เวชศาสตร์เขตร้อน รพ.ราชวิถี รพ.พระมงกุฎเกล้า รพ.เสรีรักษ์ รพ.สามโคก (ปทุมธานี) แผนกการแพทย์ กองบริการ หน่วยบัญชาการอากาศโยธิน และโครงการฯ ยังเตรียมการผลิตต่อเนื่องเพิ่มอีก 680 ชุด เพื่อส่งมอบให้แก่โรงพยาบาลในจังหวัดปทุมธานีตามที่ทีมแพทย์และพยาบาลแจ้งความประสงค์เข้ามา นอกจากนี้ยังได้มีการอัพโหลดไฟล์ Face Shield ต้นแบบโมเดล 3 มิติ ไว้ในระบบออนไลน์ที่เว็บไซต์ thingiverse (www.thingiverse.com/thing:4260273) เพื่อนำมาเป็นแบบ สำหรับแจกจ่ายให้กับเครือข่าย FabLab และหน่วยงานที่สนใจร่วมกันนำไปผลิตหรือพัฒนาต่อยอดวิธีการผลิตขึ้นรูป เพื่อช่วยเหลือบุคลากรทางการแพทย์ โดยตั้งแต่วันที่ 6 มีนาคม ถึงปัจจุบันมียอดผู้ดาวน์โหลดมากกว่า 300 ครั้ง

 

 

“นอกจากนี้เครือข่าย FabLab ในสถานศึกษา ในภูมิภาคต่างๆ ยังได้ดำเนินการผลิตและจัดทำอุปกรณ์เพื่อสนับสนุนบุคลากรทางการแพทย์ อาทิ FabLab วิทยาลัยเทคนิคปัตตานีผลิตและจัดทำกล่องป้องกันฟุ้งกระจาย จำนวน 70 กล่อง, Face shield จำนวน 200 ชิ้น ส่งมอบให้โรงพยาบาลในพื้นที่ 3 จังหวัดภาคใต้ หน่วยกู้ชีพกู้ภัยในพื้นที่จังหวัดปัตตานี และมอบให้กับการไฟฟ้าส่วนภูมิภาคปัตตานี เพื่อใช้ในการปฏิบัติภารกิจ รวมทั้งจัดทำต้นแบบเครื่องกดเจลล้างมืออัตโนมัติ ส่งมอบให้ที่ปรึกษารัฐมนตรีช่วยว่าการกระทรวงศึกษาธิการจำนวน 5 เครื่อง เป็นต้น”

นอกจากนี้ ล่าสุด บริษัท XYZprinting Thailand ได้สนับสนุนโครงการ FabLab มอบเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพิ่มเติมให้กับบ้านวิทยาศาสตร์สิรินธรจำนวน 5 เครื่อง และมอบให้กับโรงเรียน วิทยาลัยเทคนิค และมหาวิทยาลัยในเครือข่ายอีก 15 เครื่อง เพื่อใช้ผลิตอุปกรณ์ช่วยบุคลากรทางการแพทย์ป้องกันการสัมผัสกับเชื้อไวรัส COVID-19

ปนัดดา มักสัมพันธุ์ ผู้อำนวยการโรงเรียนดัดดรุณี จ.ฉะเชิงเทรา เครือข่ายโครงการ FabLab กล่าวว่า FabLab เป็นโครงการที่เป็นประโยชน์ต่อการเรียนการสอน ฝึกให้นักเรียนมีความคิดสร้างสรรค์มีความเป็น ‘นักนวัตกร’ ซึ่งในโรงเรียนมีการเรียนการสอนวิทยาศาสตร์จะมารวมกลุ่มกันแลกเปลี่ยนเรียนรู้ในโครงการฯ เป็น ‘ชุมนุมนักนวัตกรรม’ เพื่อให้นักเรียน ครูและวิศวกรผู้ช่วยได้นำไอเดียมาร่วมกันสร้างสรรค์ต้นแบบผลิตภัณฑ์ต่างๆ ผ่านเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เป็นชิ้นงานนวัตกรรมเพื่อใช้ในเชิงสาธารณประโยชน์

 “โดยในสถานการณ์การระบาด COVID-19 ครั้งนี้ แม้ทุกคนต้องรักษาระยะห่างทางสังคม แต่ก็ไม่เป็นอุปสรรคปิดกั้นความคิดของเหล่านวัตกรที่ได้อาสามาระดมสมองผ่านการประชุมออนไลน์ เพื่อคัดเลือกไอเดียที่ดีที่สุดมาออกแบบเป็นโมเดล และส่งต่อให้วิศวกรผู้ช่วยดำเนินการพิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติออกมาเป็นชิ้นงาน นักเรียนบางคนที่อยู่ใกล้โรงเรียนก็มากับผู้ปกครองเพื่อรับอุปกรณ์ไปทำที่บ้าน ขณะที่ครูและลูกจ้างช่วยกันประกอบชิ้นงานและนำไปส่งมอบตามโรงพยาบาลต่างๆ ซึ่งนักเรียนทุกและบุคลากรทุกคนต่างก็ภาคภูมิใจที่ได้มีส่วนร่วมช่วยเหลือสังคมทุกภาคส่วนให้ผ่านพ้นวิกฤติไปด้วยกัน”

 

(จากซ้าย) ดร.อ้อมใจ ไทรเมฆ ผู้ช่วยผู้อำนวยการ สวทช. นายปริญญา ผ่องสุภา วิศวกรประจำโครงการ FabLab สวทช. และนางปิ่น ช่างทอง ครูชำนาญการพิเศษ หัวหน้าโครงการ FabLab โรงรียนดัดดรุณี

เช่นเดียวกับ ปริญญา ที่ได้กล่าวถึงความรู้สึกที่ได้มีโอกาสร่วมพัฒนา Face shield ครั้งนี้ว่า การที่พวกเราได้มีโอกาสนำความรู้ความสามารถ ใช้เทคโนโลยีและอุปกรณ์ต่างๆ ที่มีอยู่มาประดิษฐ์ Face shield และอุปกรณ์ต่างๆ เพื่อช่วยบุคลากรทางการแพทย์ และเจ้าหน้าที่ผู้ปฏิบัติงาน ก็รู้สึกว่ามีความสุขมากๆ ยิ่งเมื่อได้ยินคุณหมอและพยาบาลแจ้งว่า Face shield ใช้งานได้ดี สวมใส่สบาย ไม่เกิดการระคายเคืองกับผิวเมื่อต้องสวมใส่เป็นเวลานาน ลดการเกิดฝ้าบริเวณแผ่นพลาสติกได้ดี ทำให้ยิ่งรู้สึกดีใจมากที่พวกเราซึ่งแม้จะเป็นส่วนเล็กๆ แต่ก็ยังพอมีส่วนช่วยอำนวยความสะดวก ลดความเสี่ยงติดเชื้อให้แก่บุคลากรทางการแพทย์ และเจ้าหน้าที่ทุกท่านที่เสียสละปฏิบัติหน้าที่อย่างเข้มแข็งในสถานการณ์การแพร่ระบาดของไวรัสโควิด-19 ครั้งนี้

ในยามที่ประเทศไทยเกิดวิกฤตการณ์โรคระบาด นับเป็นโอกาสที่เหล่า ‘นวัตกร’ จะได้ใช้ความรู้ และเทคโนโลยีที่มีในการประดิษฐ์คิดค้นนวัตกรรมเพื่อร่วมฝ่าฟัน พิชิตไวรัส COVID-19