PRIMEIROS PASSOS PARA A N95: EQUIPAMENTOS DE BAIXA TECNOLOGIA E ADAPTADOS PARA O DESENVOLVIMENTO AUTÔNOMO DE MICROFIBRAS PLÁSTICAS PARA FILTRAÇÃO DE MÁSCARAS: THE FIRST STEPS TO N95: LOW-TECH AND ADAPTED EQUIPMENT TO AUTONOMOUS DEVELOPMENT OF PLASTIC MICROFIBER FOR MASK FILTERING

Roberto Takao Yamaki; João Victor Azevedo de Menezes Correira de Melo; Pedro Themoteo Alves Corrêa; Raphael de Pinho  Vinagre; Jorge Roberto Lopes dos Santos

doi:10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n2.205-217

Authors

Roberto Takao Yamaki PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
João Victor Azevedo de Menezes Correira de Melo PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
Pedro Themoteo Alves Corrêa PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
Raphael de Pinho Vinagre PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO
Jorge Roberto Lopes dos Santos PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

DOI:

https://doi.org/10.29183/2447-3073.MIX2025.v11.n2.205-217

Keywords:

Cotton Candy, Melt Spinning, Filter

Abstract

The pandemic has brought unprecedented obstacles. One of the critical challenges was the shortage of Personal Protective Equipment (PPE). Additive manufacturing has emerged as a viable solution to solve the shortage of PPE. Developed 3D-printed masks were a way to combat the market shortage, but producing the filter element is still an obstacle. This study documents research into the feasibility of applying the plastic casting technique using centrifugal melt spinning, a possible way of replicating existing processes. The concept is simple and similar to the way cotton candy is made. The aim is to point out possible ways of using distributed manufacturing and recycling and adapting local infrastructure to manufacture viable filters, comparing them with those generated using traditional methods.

Author Biographies

Roberto Takao Yamaki, PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

Possui graduação em Desenho Industrial - Projeto de Produto pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2008), graduação em Arquitetura e Urbanismo pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2016), mestrado em Design pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2012) e doutorado em Design pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2024). , atuando principalmente nos seguintes temas: Design, manufatura aditiva, pesquisa em saúde.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/9729521315452526

ORCID: https://orcid.org/0009-0000-8450-6938

João Victor Azevedo de Menezes Correira de Melo, PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

Designer graduado pela UFRJ. Mestre e doutor em Design pela PUC-Rio, trabalhou por anos na indústria moveleira do Rio, especializando-se em materiais naturais. É professor e pesquisador na PUC-Rio onde desenvolve pesquisas sobre biomimética, especialmente bolhas de sabão e suas formas, que já foram apresentadas em eventos como a Rio+20 e publicadas em diversos países mundo afora. É sócio fundador da maré, empresa especializada em upcycling de materiais - como madeira, jeans, alumínio e plástico - que produz relógios, óculos e acessórios por meio da fabricação digital. Durante a pandemia foi um dos responsáveis pelo projeto de EPIs impressos em 3D, capitaneada pela PUC-Rio, distribuindo cerca de 25 mil peças às unidades de saúde do Rio de Janeiro e Brasil. Hoje, é coordenador administrativo do BioDesignLab, laboratório fruto da parceria entre a rede DASA e a PUC-Rio, onde desenvolvem-se pesquisas nas áreas de design e medicina envolvendo realidade virtual, realidade aumentada, manufatura aditiva e bioimpressão de tecidos vivos. É coordenador do projeto NOMAD, núcleo ótimizado para manufatura aditiva distribuida, que visa a reciclagem de materiais plásticos locais por meio da manufatura aditiva e reciclagem distribuida, contribuindo para a redução do descarte local e o retorno desse como produtos que agreguem a comunidade.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/5580376703816153

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-7929-8596

Pedro Themoteo Alves Corrêa, PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

Designer e sócio fundador da Materiabrasil, atuando no mercado por mais de 10 anos. Formado (2001-2007) e mestre em desenho industrial e aluno especial para doutorado na ESDI/UERJ, fez cursos de extensão de Design Thinking (ESPM) e empreendedorismo como forma de se capacitar em design estratégico. A aplicação de conhecimentos sobre artes plásticas, meios de produção e materiais, economia circular, cultura maker e design opensource traz complementaridade a sua formação acadêmica em direção a novas formas de desenvolver inovação.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/1166192216617898

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6629-1731

Raphael de Pinho Vinagre, PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

Possui graduação em Desenho Industrial pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (2004) e Mestrado em Design pela Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (2023). Tem interesse e expertise no desenvolvimento de produtos para a área médica, proteção radiológica, utilizando impressão 3D, Internet das Coisas (IoT) e programação para produtos complexos. Atua no desenvolvimento de soluções inovadoras que integram tecnologia de ponta e design funcional para melhorar a eficiência e segurança na área médica.

LATTES: http://lattes.cnpq.br/3657607422073204

ORCID: https://orcid.org/0009-0004-6015-8122

Jorge Roberto Lopes dos Santos, PUC-Rio - PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO DE JANEIRO

Pós-Doutorado em Manufatura Aditiva - (Manufacturing Engineering and technology - Deakin University Australia) .Pós Doutorado em Tecnologias 3D para Museus - Museu Nacional - UFRJ .PhD em Design Products (Royal College of Art - Reino Unido) .MSc em Engenharia de Produção (COPPE/UFRJ) .Bacharelado em Desenho Industrial - UFRJ .Tecnologista do Instituto Nacional de Tecnologia / MCTI - Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação .Pesquisador / Professor da Pós Graduação - DAD/NEXT / PUC Rio .Pesquisador Colaborador do Núcleo de Inovação da Escola de Pós Graduação em Medicina da PUC Rio .Pesquisador Colaborador do Museu Nacional da UFRJ (Laboratório de Processamento de Imagem Digital) .Bolsista de Produtividade em Desenvolvimento Tecnológico e Extensão Inovadora DT / CNPq .Bolsista Cientista do Nosso Estado - FAPERJ

LATTES: http://lattes.cnpq.br/7036137303246485

ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2165-4970

References

AMIR, A. and AMIR, B. (2022). Combating the COVID-19 pandemic using 3d printed ppe: challenges and recommendations. The Open Public Health Journal, 15(1). https://doi.org/10.2174/18749445-v15-e2206010

BANDI MM. (2020). Electrocharged facepiece respirator fabrics using common materials. Proc. R. Soc. A 476: 20200469. https://doi.org/10.1098/rspa.2020.0469

BANDI, M., ISHIZU, N., KANG, H. (2021). Electrocharging face masks with corona discharge treatment. Proceedings of the Royal Society a Mathematical Physical and Engineering Sciences, 477(2251). https://doi.org/10.1098/rspa.2021.0062

BASBALLE, D., HALSKOV, K. (2012). Dynamics of research through design. In Proceedings of the Designing Interactive Systems Conference (DIS '12). Association for Computing Machinery, New York, NY, USA, 58–67. https://doi.org/10.1145/2317956.2317967

EHRLICH, H., MCKENNEY, M., ELKBULI, A. (2020). Protecting our healthcare workers during the covid-19 pandemic. The American Journal of Emergency Medicine, 38(7), 1527-1528. https://doi.org/10.1016/j.ajem.2020.04.024

FRAM, D., ESCUDERO, D., MATIAS, L., COELHO, W., ANTONELLI, T., FERREIRA, D., MEDEIROS, E. (2020). Personal protective equipment: shortage or waste?. Infection Control and Hospital Epidemiology, 42(6), 786-787. https://doi.org/10.1017/ice.2020.354

GROSSMAN, J., PIERCE, A., MODY, J., GAGNE, J., SYKORA, C., SAYOOD, S., ECKHOUSE, S. (2020). Institution of a novel process for n95 respirator disinfection with vaporized hydrogen peroxide in the setting of the covid-19 pandemic at a large academic medical center. Journal of the American College of Surgeons, 231(2), 275-280. https://doi.org/10.1016/j.jamcollsurg.2020.04.029

MOLINA, A. (2020). Project 1000 x 1000: centrifugal melt spinning for distributed manufacturing of n95 filtering facepiece respirators. https://doi.org/10.48550/arxiv.2004.13494

REEVES, S. (2015). Human-computer interaction as science. In Proceedings of The Fifth Decennial Aarhus Conference on Critical Alternatives (CA '15). Aarhus University Press, Aarhus N, 73–84. https://doi.org/10.7146/aahcc.v1i1.21296

SCHMIDT, J., WALDOVA, E., BALKOVA, S., PILBAUEROVA, N., SMUCLER, R. (2021). Impact of covid-19 on czech dentistry: a nationwide cross-sectional preliminary study among dentists in the czech republic. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(17), 9121. https://doi.org/10.3390/ijerph18179121

SWENNEN, G., POTTEL, L., HAERS, P. (2020). Custom-made 3d-printed face masks in case of pandemic crisis situations with a lack of commercially available ffp2/3 masks. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, 49(5), 673-677. https://doi.org/10.1016/j.ijom.2020.03.015

VALDEZ, S., WALTON, K., LORESTO, F., NYQUIST, A., GIVENS, P. (2022). Protecting pediatric healthcare personnel with personal protective equipment–specific roles. Jona the Journal of Nursing Administration, 52(6), 330-331. https://doi.org/10.1097/nna.0000000000001157

WIBISONO, Y., FADILA, C. R., SAIFUL, S., BILAD, M. R. (2020). Facile approaches of polymeric face masks reuse and reinforcements for micro-aerosol droplets and viruses filtration: a review. Polymers, 12(11), 2516. https://doi.org/10.3390/polym12112516

YAMAKI, Roberto Takao; CORREIA DE MELO, João Victor; SANTOS, Jorge Roberto Lopes dos; KAUFFMANN, Aline Reis; "Desenvolvimento de máscara de proteção contra a COVID-19 utilizando manufatura aditiva", p. 1866-1893 . In: Anais do 14º Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design. São Paulo: Blucher, 2022. ISSN 2318-6968, DOI 10.5151/ped2022-7791844

ZIMMERMAN, John; FORLIZZI, Jodi; EVENSON, Shelley. Research through design as a method for interaction design research in HCI. In: Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems. 2007. p. 493-502. DOI: https://doi.org/10.1145/1240624.1240704

THE FIRST STEPS TO N95: LOW-TECH AND ADAPTED EQUIPMENT TO AUTONOMOUS DEVELOPMENT OF PLASTIC MICROFIBER FOR MASK FILTERING