הדפסת מכונת הנשמה - Coronavirus

עדכון: יצאה גרסה 2.0 שכוללת מסך וכפתורים לכוונון הקצב ונפח ההנשמה.

בימים כתיקונם, כנראה שהיינו מחכים לאספקה מסודרת של מכונות הנשמה אולם בימים אלו, אולי אין ברירה אלא לייצר אותן בעצמינו...

את הרעיון הכללי לקחתי מכאן אולם החלטתי לפשט אותו קצת ולתת מדריך מסודר לבניית המכונה.

מוכנים?

כדי לבנות את מכונת ההנשמה תצטרכו כמה רכיבים:

• חלקים מודפסים (חלקים מודפסים למפוח אמבו גדול או חלקים מודפסים למפוח אמבו קטן, על פי המפוח שלכם). 
• לוח ארדואינו
• מנוע סרוו (ראו הערה)
• מטריצה 
• ספק כח
• כמה חוטים 
• לוח עץ מתאים עליו תחברו את הכל 
• כמה ברגי עץ
• כמה ברגים לחיבור החלקים המודפסים 
• וכמובן - מפוח אמבו... 

לפני שמדפיסים: 

• חומר ההדפסה והגדרות בסיסיות: השתמשתי ב PLA רגיל. infiil 30% אבל יכול להיות שאפשר להסתפק בפחות מכיוון שהשתדלתי שהחלקים עצמם יהיו די מסיביים. ניתן כמובן להדפיס ב Petg, ABS או בטכנולוגיית SLA עם Black Rock של Phrozen או מוצרים מקבילים. 
• מנח ותמיכות: את "הקשתות" כדאי להדפיס שוכבות כמו בתמונה. זה גם פשוט יותר ובלי תמיכות וגם כיוון השכבות יתן לזה יותר חוזק. את החלק שמחזיק את המנוע כדאי להדפיס עומד: את הגרסה של המפוח הקטן - ללא תמיכות, את הגרסה למפוח הגדול - עם תמיכות עץ ורצוי גם Brim בגלל הגובה של החלק. את שני הבסיסים של האמבו כדאי להדפיס עם תמיכות עץ.
• האם זה בכלל סביר להשתמש בחלקים מודפסים במכשור רפואי? בדרך כלל התשובה היתה כנראה לא אבל בעידן הקורונה - מערכת השיקולים משתנה ויש מקום לגמישות. גם ה FDA מכיר בצורך בגמישות ברגולציה בעיתות הקורונה ועל כן לא שולל שימוש בהדפסת FDM לציוד ומכשור רפואי, אם כי יש כמובן הנחיות, מגבלות והסתייגויות. מוזמנים לקרוא על כך כאן. 

(החלקים בהדפסה...)

מפוח האמבו - מפוח האמבו משמש את כוחות ההצלה בעולם להנשמה כבר שנים רבות  וכמובן גם בישראל - איחוד הצלה ומגן דוד אדום. מפוח האמבו מגיע בשתי תצורות בדרך כלל - מפוח לילדים ומפוח למבוגרים. בדוגמא זו, בחרתי במפוח לילדים אך החלקים המודפסים יתאימו גם למפוח הגדול יותר של חברה זו. יש צורך להתאים את המרחק בין החלקים המודפסים ולא את החלקים עצמם. אם אתם מתכוונים להשתמש במפוח גדול - שימו לב שאתם מורידים את החלקים שמתאימים למפוח הגדול (תודה רועי על התיקון!!). אם נרצה להשתמש במפוחים של חברות אחרות - יתכן ונצטרך ליצור התאמות.

לוח הארדואינו - 

• לוח הארדואינו הוא הבקר של מכונת ההנשמה. ישנם סוגים שונים של לוחות ארדואינו ותוכלו להשתמש בכל לוח שתרצו. ההמלצה שלי, על מנת לתת עמידות למערכת - לא להזרים את המתח למנוע הסרוו דרך הארדואינו אלא לספק לו מתח נפרד (ראו תרשים). באופן זה, תוכלו להשתמש גם בארדואינו Nano ללא חשש. 
• קומפיילר - כדי להעביר את הקוד אל הארדואינו - תצטרכו להוריד את התכנה של הארדואינו. התכנה היא חינמית ותוכלו לקרוא קצת יותר כאן איך להוריד את התכנה ואיך להתחיל להשתמש בה. אם זו הפעם הראשונה שלכם עם הארדואינו, מציע לכם להריץ פרויקט בלינק פשוט לפני שאתם מתחילים את הבניה והחיבורים. 
• וודאו שאתם לא שוכחים כבל USB מתאים לארדואינו שלכם. הכבל ישמש אתכם להעביר את הקוד אל הארדואינו. 

מנוע סרוו - בחרתי להשתמש במנוע סרוו "אמיתי" שאמור להרים 25KG ולא להשתמש במנוע סרוו הקלאסי של הארדואינו - Servo 9g - שלא אמור לעמוד בעומסים האלו ולא הייתי רוצה לבדוק את האמינות שלו במכונת הנשמה. עוד על הדגם הספציפי של המנוע סרוו בו השתמשתי - SPT5425LV -  תוכלו לקרוא כאן (כולל נתונים טכניים וכו'). 

(מנוע סרוו עוצמתי - עד 25KG מימין ומנוע סרוו קלאסי 9g משמאל. בחרתי בימני...)

לאחר שאספנו את כל הרכיבים - נעלה את הקוד לארדואינו: 

#include <Servo.h> Servo ServoMotor; void setup() { ServoMotor.attach(9); } void loop() { ServoMotor.write(40); delay(1000); ServoMotor.write(0); delay(4000); }

שתי הערות לקוד:

1. את ה delay תוכלו להשאיר על 4000 או לשנות על פי מספר הנשימות שתרצו בדקה. 4000 + 1000 יתנו לנו 5 שניות, כלומר 12 נשימות בדקה.
2. תצטרכו לשנות גם את זווית הסיבוב של מנוע הסרוו על מנת לשלוט בנפח ההנשמה. זווית של 40 טובה לתחילת הניסוי אולם כדי להגיע לנפח הנשמה נכון - תצטרכו להעלות בזהירות את הזווית. בכל מקרה, אל תגיעו ל 90. 

כעת, נבנה את המעגל על פי התרשים הבא:

וככה זה נראה במציאות (החלטתי להחליף את הארדואינו UNO בארדואינו Nano אבל ממש אין לזה משמעות. סתם שיהיה מסודר יותר...

ומה נשאר?

לחבר הכל יחד...

דגשים להרכבה:

1. תהיו עדינים עם החלקים. ההידוק של החלקים סביב האמבו צריך להיות משמעותי אבל עדין. 
2. כדאי לחבר את החלקים סביב האמבו, לסמן את המקום של הקידוח בעץ, לפרק את האמבו, לחבר את החלקים ללוח העץ ולחבר חזרה את האמבו. קצת מסורבל ויקח לכם כמה דקות נוספות אבל ישמור על החלקים המודפסים. 
3. החלק הצר של האמבו מגיב יפה מאד לסגירה של החלקים המודפסים. החלק הרחב - קשיח יותר ומחליק מהחלקים המודפסים אם לא מהדקים אותם חזק מאד. מצד שני - הידוק חזק יגרום לשבירה של החלקים המודפסים. הפתרון הוא שימוש בדבק דו"צ עבה שמאפשר סגירה עדינה יותר של החלקים המודפסים ובד בבד דואג ששום דבר לא יזוז ממקומו. אם יש צורך - השתמשו בדבק דו"צ גם בחלק הצר. 
4. חברו את ספק המתח, בדקו את זווית ה 0 של מנוע הסרוו שלכם ורק לאחר מכן הרכיבו את הזרוע של המנוע. 

בהצלחה!

הערה: הבנייה והשימוש באחריותכם. הרעיון הוא ראשוני ואשמח שתתרמו,  תשדרגו,  תציעו הצעות לייעול,  שיפור ועוד...

עדכון: מכונת הנשמה גרסה 2 עם שליטה על קצב ונפח הנשימה