Respiradores para el Covid 19 108


El virus Covid 19 está siendo una grave emergencia sanitaria que está demostrando muchas deficiencias en el sistema sanitario (a nivel mundial).

Uno de estos problemas han sido las medidas de protección de los sanitarios. Medida a la cual Frax3D ha contribuido a solucionar  imprimiendo máscaras de protección para donar gratuitamente a los hospitales.

Pero además de las mascaras de protección, hay una gran escasez de respiradores. Este virus provoca problemas respiratorios y muchos pacientes deben ser ingresados con respiración artificial.

Para solucionar este problema Frax3D ha diseñado un modelo de respirador totalmente impreso en 3D en menos de 12h y lowcost. Funciona con una pinza que presionará un Ambu o un respirador tipo Jackson Rees. A continuación podéis ver el funcionamiento:

Este modelo está publicado y documentado en la web Thingiverse para que cualquier persona pueda reproducirlo.

Pero este primer modelo, aunque funcionaba, no aprieta el Ambu como debería, causando unos pliegues que seguramente ocasionarían problemas en un futuro. Así que se descartó y se pasó a un modelo más eficiente.

La versión 2 de respirador automático también funciona con un sistema de husillo. Pero esta vez el apriete es más parecido al que obtendríamos presionando con la mano (y el Ambu se deforma mejor) y una gran ventaja respeto la mayoría de modelos que circulan por internet es que la bolsa de respiración Ambu queda accesible por arriba así que en caso de emergencia el medico puede acceder a ella sin problema ni tener que desmontar nada.

El diseño incluye un final de carrera para ir testeando el correcto funcionamiento y avisar en caso de fallo mecánico y al funcionar con un husillo es muy sencillo controlar la cantidad de respiraciones por minuto, el volumen de aire que enviamos al pulmón y el ratio entre inspiración y expiración (estos son unos de los parámetros más importantes en los respiradores manuales).

Además, tenemos la libertad para variar o mantener la presión en cualquier momento, así se puede controlar la presión de meseta y la presión Peep (parámetros también muy importantes en respiradores). A continuación tenéis unas imágenes y un vídeo del nuevo diseño.

 

Proyecto subido a Thingiverse para poder reproducirlo y colaborar. Este es un proyecto totalmente OpenSource y sin animo de lucro, por lo tanto cualquier ayuda, consejo o comentario es bienvenido 😉

Por petición popular subo los archivos en SolidWorks (Comprimidos en un zip). Acordaros de informarme de las mejoras para poder compartirlas con la comunidad 😉

 

Actualización (06/04/2020):

Realizando pruebas de presión, el modelo actual tiene problemas con presiones de funcionamiento superiores a 40 cmH2O. Esta es una presión bastante alta (es a la que están taradas la mayoría de válvulas limitadoras de presión de los Ambus, ya que si no podríamos dañar el pulmón). Pero como no queremos que el motor trabaje al límite, modificamos el diseño para que pueda usar también un motor Nema 23. Este motor tiene un par tres veces superior al actual. Os dejo las imágenes del nuevo modelo:

 

También hemos remplazado el final de carrera mecánico de la versión anterior por uno óptico. Como el sensor óptico no tiene movimiento no puede fallar por fatiga (el respirador tiene que poder trabajar 24h al día durante los días que sea necesario).

 

Actualización (08/04/2020):

Se han realizado las primeras pruebas de Software para controlar el respirador Frax3D. De momento es bastante sencillo y no están configuradas las alertas y paradas de emergencia. Como siempre, ideas y sugerencias son bienvenidas. Tenéis el vídeo explicativo a continuación y os comparto el código de Arduino. Si alguien quiere ayudar con la programación mandadme un mensaje 😉

También hemos realizado algunas pruebas con el circuito de respiración. Tenemos el Ambu para mandar el aire al paciente, un depósito de cal sodada (las bolitas que se ven). Esto sirve para eliminar el CO2 y que así podamos reutilizar parte del aire del paciente. La ventaja de hacer esto es que el aire mantiene la temperatura del paciente entre otras cosas. El depósito de cal sodada también lleva un filtro.

Y el resto son los tubos y válvulas. Tenemos 2 válvulas antirretorno para poder utilizar un tubo de inspiración y otro de expiración y una válvula APL (de seguridad) que se abre si pasamos la presión de 40 cmH2O (para no dañar los pulmones). La válvula APL se puede regular para controlar la presión en el sistema como podéis ver en el siguiente vídeo.

 

Actualización (11/04/2020):

Test con simulador de paciente humano. Los parámetros ya se pueden controlar por pantalla y el funcionamiento es correcto. Se puede apreciar cómo se hinchan los pulmones. Estamos a la espera de poder empezar con las pruebas con animales y humanos para poder ayudar a salvar vidas 😉

También queremos compartir el diagrama electrónico para montar el respirador. Tened en cuenta que por desgracia sigue siendo un prototipo en pruebas, no un modelo terminado …

 

Actualización (12/04/2020):

Nueva versión de Software. Se mejora la interfaz gráfica y se añade una alarma conectada al buzzer. Estamos preparando documentación requerida para empezar las pruebas de homologación.

 

Actualización (16/04/2020):

Ha tocado leer mucha normativa y documentación sobre respiradores, así que lógicamente nuestro diseño ha cambiado.

Ahora tiene un diseño más compacto, sujeta mejor el Ambu en posición en todo momento, el diseño está «cerrado» para evitar aplastamientos y atrapamientos y otros riesgos mecánicos, la electrónica va dentro de una caja cerrada, se conecta todo a la misma fuente de alimentación mediante conexión Jack estándard y el diseño se ha hecho un poco más robusto. Os dejo unas imágenes para que veáis el cambio. También aprovecho para dejaros los componentes del circuito de respiración (solo empujar aire no es suficiente para salvar vidas ;))

 

Actualización (19/04/2020):

Pruebas del modelo completo con las últimas actualizaciones. Se comprueba que tanto la válvula APL como la Peep funcionan correctamente y el sistema se comporta como esperamos. Os dejo un vídeo explicativo del ventilador y como funciona:

 

Actualización (01/05/2020):

Uno de los requisitos principales de los médicos que nos están ayudando con el proyecto fue que el respirador pueda trabajar a velocidades altas proporcionando valores de entre 20 y 30 respiraciones por minuto. Con el sistema actual eso era inviable porque el motor paso a paso no puede girar tan rápido. Para solucionar este problema se ha optado por pasar a un husillo de diámetro 10 con avance de 25 de la marca IGUS. El husillo que usábamos era de diámetro 8 y avance 8.

El segundo problema es que querían que se pudiese modificar los parámetros del sistema (desplazamiento, respiraciones por minuto y ratio I/E) mientras el respirador sigue funcionando. Para solucionar esto se han implementado interrupciones en el Arduino para poder controlar estas peticiones. También le hemos puesto un botón de paro de emergencia por si hubiese algún problema y el médico necesita reiniciar el respirador.

Otro cambio importante es que le hemos añadido un sensor de presión (referencia ABPLANT001PG2A5). De esta forma podemos ver los valores de presión máxima y presión Peep en todo momento.

Os dejo un nuevo vídeo para que veáis como va evolucionando:

 

Actualización (18/05/2020):

He creado un listado de piezas para poder hacer el respirador Frax3D. Esta lista sigue siendo provisional porque el proyecto no está terminado. También os subo un nuevo vídeo del respirador:

 

 

Ayúdanos con el proyecto:

 


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108 ideas sobre “Respiradores para el Covid 19

    • joelfrax Autor

      Hola Juan Gabriel. Acabo de subir el modelo a Thingiverse (tienes el link arriba). Si lo intentas y consigues alguna mejora házmelo saber para compartirlo con la comunidad 😉

  • Roman

    Hi joelfrax,

    I came across your Frax3D ventilator 2.0 design on Thingiverse. Very nice design! I was wondering if you had a parts list for the stepper motor, axis rod, and the shaft coupler that you used for your design?

    Also, feel free to contact me about the programming help. I am a software engineer and would love to help out.

    Thanks!

    Roman

    • joelfrax Autor

      I don’t have a part list. I’m still improving the design. But just for you to know, the motor is a Nema 17 (planning on change it to Nema 23) and the axis rod is an spindle of 8mm whit a 2mm pitch and 4 entrance. The coupling is to join motor diameter (5mm) to the spindle (8mm)

    • joelfrax Autor

      En la parte de la actualización del día 08/04 he subido el código de Arduino (muy temporal aún) y un pequeño vídeo. La alectronica no la tengo preparada de momento, pero solo necesitas un Arduino, el motor y su driver, un final de carrera y a funcionar 😉

      • 3D Serale

        Hola primero que todo te quiero felicitar y darte gracias por tan excelente trabajo y aporte que estas haciendo. estoy siguiente tu trabajo con la finalidad de poderlo contribuir y replicarlo en mi país. Realice la descargue en codigo arduino ´reliminar que tienes pero este no habré. Sale el siguiente error ( El Archivo#Frax3D – Respirador – 04-09.ion» necesita estar dentro de una carpeta de proyecto llamado » Frax3D-Respirador – 09″, Se crea pero no es valido y no ejecuta. Me puedes ayudar enviándolo de nuevo a mi coreo?

        .

        • joelfrax Autor

          Hola. Perdona ha sido fallo mio. Es porque el nombre del archivo tiene espacios … Ya está solucionado y he subido el código de nuevo. Prueba a descargarlo de nuevo 😉

  • Cristian vargas cobo

    Excelente, poder aplicar lo que aprendemos, o que nuestras ideas. Puedan ser utilizadas por personas que aportan su conocimiento a la ayuda de los demas
    X favor compartir proyectos
    Gracias

  • Johnny

    Hola, ¿podría compartir el diagrama electrónico y especificar la resistencia necesaria para construirlo, incluido el (LCD, motor paso a paso, varilla …) Quiero probarlo para que también pueda mejorar el código, muchas gracias ‘ estamos haciendo algo asombroso para la comunidad.

  • Brics

    Thanks so much for creating and open sourcing this.
    I have the parts printed and assembled and an ambu bag.
    Next would be the schematic for the connections, etc.
    Are you using a 6.5mm or 8mm on stepper motor and how long should the lead screw be?

    Thanks again

      • brics

        Great thx.
        Do you think you will have time to update the schematic at some point, or is the posted one good enough to wire up the vent to work with the existing code.

        Thxx again!

        • joelfrax Autor

          I will post it at some point (but there are other things to do on my list first …). The one posted is what I have right now, so it’s working with the code also posted

          • joelfrax Autor

            Hi abdulrhman, I reply you here. You have the pins where you need to connect to Arduino on my electronic diagram. I hope this works for you 😉

  • Alejandro

    Mis saludos, Primero ante todo Felicitarte por el buen trabajo que vienes realizando y la forma tan humilde de compartir la información que ayuda mucho ahora en estos momentos tan críticos que estamos pasando.

    He revisado el código de programación que colgaste en la pagina y la cual me es muy interesante, pero tengo una consulta respecto a las formulas que empleaste al realizar los cálculos iniciales.El origen de las formulas que muestran son propias de un resultado de prueba y error? o partiste de alguna fuente en especial para desarrollarla.

    estaría muy agradecido saber cual fue el criterio que tomaste para así basarme en las futuras mejoras que se pueda dar en el desarrollo de dicha programación.

    Gracias
    ALEJANDRO

    • joelfrax Autor

      Hola Alejandro, muchas gracias por tus comentarios. Las formulas son mías para intentar cumplir con los criterios médicos de tiempos de ciclo y todo esto. Las respiraciones por minuto, los ratios y desplazamientos son lo que me piden los médicos y veterinarios que van a tener que usar el respirador.
      Si mejoras las formulas por favor compártelas conmigo para que las pueda colgar para todo el mundo 😉
      Un saludo, Joel Frax

  • Lincoln

    Joel Hoy me llego el nema 23 ya tengo el ambu y el lunes acompleto practicante todo, tengo impreso el modelo 2.0 pero quiero saber si vas a compartir el .STL del modelo modificado mas reciente. saludos y gracias!!!

    • joelfrax Autor

      Hola Mariano, aún no … Pero básicamente es una fuente de alimentación, un arduino mega, un nema 23 con el driver TB6600, la pantalla LCD reprapdiscount smart controller, un husillo diametro 8, un acople de 6.35 a 8mm y el final de carrera.
      Respeto la última versión (actualización 16/04) aún no está subida … Estoy terminando los últimos detalles

        • joelfrax Autor

          Es un husillo de diámetro 8mm con paso 8mm (en realidad es paso 2 pero con 4 entradas). Es el husillo más típico y económico para impresoras 3D. De todos modos estoy estudiando de cambiarlo por otro de paso mayor, porque si no el motor va un poco justo a velocidades altas …

  • joluche

    Felicitaciones por este proyecto que has emprendido de dar un respiro mas al projimo y al sistema de salud. He terminado la parte impresa, ahora sigue el software y la electronica, y lo que tengo a la mano es el arduino mega, driver DRV8825 y nema 17, por ahora no dispongo del driver tb6600, ¿podrias compartir el diagrama de la versión 2 en la que utilizas driver de menor potencia?.

    • joelfrax Autor

      Hola joluche, siento decirte que el nema 17 no va a ser suficiente. Yo empece con el 17 pero se queda corto de potencia si quieres trabajar a altas velocidades (y para los pacientes de Covid necesitas frecuencias respiratorias de 20 y 30 respiraciones por minuto). Deberías intentar conseguir un motor nema 23 (o por lo menos un nema 17 de alto torque, quizás te sirve).
      Si pasas al nema 23 los drivers DRV8825 no te servirán porque no dan suficiente intensidad …
      Nunca he usado drivers de menor potencia (solo cuando usaba los componentes con la Ramps 1.4 de la impresora 3D), pero ese sistema no era viable, tan solo fue una prueba de concepto …
      Un saludo

  • Laurence

    Hi Joel, thanks for sharing this. I’m having trouble getting the reprap display to work correctly. Can you please check the wiring of connections exp1 and exp2 because mine is only showing blank lines.
    Thanks

      • Laurence

        Yeah i have tried for hours. If you get a chance i would be grateful if you could take a photo of the location of the wires from your display to your arduino and send them. Thanks

    • joelfrax Autor

      Hola Lincoln, pues por suerte la situación en España está mejorando, pero el problema es que los médicos ya no están interesados en validar el producto … Estoy a la espera a ver si puedo hacer pruebas con animales pero todo va muy lento … Un saludo

      • Lincoln

        Aqui esta empezando lo mas pesado y tenemos contacto con muchos medicos principalmente anestesiólogos y especialistas, como te puedo ayudar? me puedes enviar lo que tienes adelantado?

  • Jorge Arevalo

    Hola Joel, primero felicitarte por el proyecto, te comento que he impreso todas las piezas armadas , pero me gustaria saber que otros materiales y que sensores estan usando, tendrías la lista de materiales , gracias

  • Hendrick Rocha

    Hola Joel,

    Realmente excelente trabajo que hiciste, aqui en Brasil estoy usando tu modelo como base para intentar hacer uno para ajudar al sistema de salud que esta bien complicada la situación aqui.
    Sobre la lista de materiales que subiste solo queria preguntarte se el diámetro del husillo es de 10 mm y su paso de 25 mm?

    At,

    Hendrick

  • Hendrick Rocha

    Joel,

    Gracias por la rápida respuesta, voy a buscar si existe un similar aqui en Brasil.
    Tambien voy a preparar algunas fotos para ir mostrando los avances. Mas antes queria saber se poso colocar tu nombre como un colaborador del proyecto que estamos haciendo aqui?

    At,

    Hendrick

    • joelfrax Autor

      Hola Luis Angel, los subiré en cuando los tenga listos. Estoy trabajando en algunos cambios pero por motivos laborales ya no tengo tanto tiempo disponible como antes …

    • joelfrax Autor

      Hola Angel, sí claro, mi intención es terminarlo. El principal problema ahora es que estoy esperando un sensor de flujo para medir el caudal de aire y me está costando conseguirlo … Es uno de los requisitos que me han puesto desde el hospital y las empresas certificadoras.

  • Jorge A.

    Hola Joel, tendrás novedades del proyecto, sigo tu pagina a diario para ver las actualizaciones, como puedo ponerme en contacto contigo y ver como poder apoyarte, felicidades.

    • joelfrax Autor

      Hola Jorge. El proyecto ahora avanza mucho más lento porque aquí en Barcelona se está recuperando la normalidad poco a poco y he vuelto al trabajo, entonces tengo mucho menos tiempo para dedicarlo al respirador … Si quieres ponerte en contacto conmigo puedes hacerlo en la sección de contactar de la pagina web.

  • Hendrick Rocha

    Hola Joel,

    Estoy buscando el sensor de presión que colocaste en la lista de materiales, mas no estoy encontrando. Me podrias informar cuales fueron las presiones máximas y mínimas que encontraste al operar tu respirador?
    Con ese dato voy a poder especificar un equivalente aqui.

    Desde já te agradezco.

    At,

    Hendrick

    • joelfrax Autor

      Hola Hendrick, Sí ese sensor es complicado de encontrar, pero creo que es de los pocos certificados para uso médico. En principio el rango normal de funcionamiento es entre 0 y 40 cmH2O, aunque te aconsejo que le des un poco de margen a los sensores (mínimo hasta 100 cmH2O)

    • joelfrax Autor

      Hola Luis, pues la verdad es que tengo unos días complicados con mucho trabajo. A ver si puedo seguir cuando se normalice la situación … Disculpa las molestias

  • Lincoln

    Joel amigo como estas, entiendo que estas muy complicado y quisiera ayudar o tratar de avanzar, podrías compartir lo que tengas y el STL actualizado, tengo prácticamente todo las piezas del listado y tengo duda con la conexión del RepRap Controler, se que ya los ventiladores no son tanta prioridad pero quisiera continuar hasta donde se pueda aunque no sea del todo utilizable , te envío un saludo

  • Ramiro

    Hola a todos. Exelente trabajo. Recien llego a esta pàgina por cuestiones que un familiar está de gravedad con covid 19 y por falta de respirador en el centro de Salud de mi ciudad està de gravedad. No tengo mucho conocimiento en impresion 3D pero ya conseguì una impresora y voy a intentar ayudar haciendo los respiradores. Muchas gracias por este aporte. Felicitaciones a este gran hombre por compartir la fabricaciòn de los respiradores

    • joelfrax Autor

      Hola Ramiro. Siento lo del familiar … Quiero informarte que esto es un proyecto en progreso. No está terminado y no ha sido probado aún con personas, eh. Para que lo tengas en cuenta …

      • MARILOHEN MARQUEZ

        Joel te felicito por esta extraordinaria innovación y contribución que estás haciendo! Podrías decirme en qué versión de Solidworks están elaboradas las piezas? Es que quiero visualizar y no me abren en el programa.. imagino que debe ser por la versión del solidworks…

  • Ruben Santander

    Hola Joel, aprovecho para felicitarte y a la vez darte las gracias por compartir el diseño, es un gran aporte. Soy de Perú y estoy en proceso de implementar el respirador, estoy probando el modelo que desarrollaste. Tengo algunas dudas del programa, veo que en la inspiración giras el motor en sentido positivo (antihoraio) y en ese sentido lo que hace el mecanismo es jalar el embolo, y en la exhalación el sentido negativo (horario) el mecanismo empuja el embolo y presiona el Ambu. Lo mismo pasa para la posición de home. De antemano agradezco tu respuesta. Saludos desde Cusco – Perú

    • joelfrax Autor

      Hola Ruben. El giro del motor si puede controlar por software y según conectes los cables en tu driver. Lo que tienes que asegurarte es que en la inspiración mandes aire al paciente y en la expiración recojas. Y respeto al home la posición 0 es el husillo más cerca del motor (es donde hemos puesto el final de carrera). Espero haberte ayudado.

      • Ruben Santander

        Hola Joel, gracias por la respuesta, mi duda era por el sentido de giro de mi motor pues lo he conectado de acuerdo al diagrama que publicaste pero al parecer mi motor está invertido.

        • joelfrax Autor

          Hola. Esto puede ser dependiendo del bobinado del motor, no siempre vienen igual dependiendo del fabricante. Debes observar el datasheet del motor para identificar las bobinas. De todos modos no tiene más importancia, inviertes la conexión de los cables y solucionado 😉

  • MARILOHEN MARQUEZ

    Buenas tardes, esto que han elaborado es una bendición para el mundo entero!.
    Soy estudiante de Ingeniería Mecánica en la universidad de Carabobo en Venezuela y estamos estudiando este tipo de respiradores, su funcionamiento y ensamblaje… Pero no puedo abrir las piezas.. me gustaría saber en qué versión de Solidworks fueron elaborados para así poderlos ejecutar correctamente en el programa. Por favor y muchas gracias!

    • joelfrax Autor

      Hola, para la Ramps no hice ningún código. En el Arduino tenía Marlin (el que usan las impresoras 3D) y simplemente creé un Gcode que hacia que se moviera adelante y atrás. Esto no sirve para un respirador porque los Gcode se terminan y no se pueden editar a tiempo real … Lo hice para las primeras pruebas mecánicas.

  • Edwin

    Hola Joel, aprovecho para felicitarte y a la vez darte las gracias por compartir el diseño, es un gran aporte. Descargué los archivos SolidWorks (Comprimidos en un zip). Pero al intentar abrir en SolidWorks 2014 me aparece un error » se detectó un error al intentar abrir el archivo. Me imagino que será por la versión, por tal razón me gustaría saber la versión del SolidWorks que trabajó.

    Atte,

    Edwin

  • Sonali

    Greetings!
    Congratulations for your nice project . I was trying to run the program dated April 12, 2020. I saw the latest video with pulley and drive. Would you please post the same program as mentioned in the video.
    Thanks a lot

    • joelfrax Autor

      Hi Sonali, thanks for the comment. I posted the last software version that was «more or less» stable. The problem with the newest is that is not finished yet … I will post when I have time to finish it 😉