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疫情防控︱島津CT帶您揭開口罩呼吸閥的秘密

作者:管理員 來源:島津 瀏覽: 發布時間:2020-03-24 15:57

2020年,新春伊始,疫情肆虐,專家給出三條妙方:隔離、口罩、勤洗手。一時之間,口罩成為生活必需品,全民開始了口罩科普。其中有呼吸閥的口罩由于其結構有異于其他普通口罩,安全性成為爭論焦點。究竟口罩呼吸閥結構如何?如何判斷呼吸閥口罩是否合格?小編通過島津微焦點X射線CT系統對一款帶有呼吸閥的KN95口罩進行全面解析,帶您一窺呼吸閥的秘密,解答您的疑問。

透視及CT——呼吸閥結構全掌握

(一)呼吸閥口罩外觀透視及CT效果

我們選用了一款帶有呼吸閥的口罩,如圖1所示。讓我們先給它拍一個X光片,看看口罩整體的透視效果(圖2)。

平面圖看不出所以然?

別急,讓我們看看CT掃描后的口罩的CT 3D效果圖。


圖3 口罩CT 3D圖

通過顏色渲染一下(圖4),是不是更清楚啦!


圖4 口罩CT渲染3D圖

(二)口罩呼吸閥結構解析

原來,口罩上的呼吸閥在呼氣時閥片彈開,吸氣或不使用時閉合。通過結構CT橫截面動畫展示,可以看到此款口罩在不使用時,閥片和塑料部分是閉合的,說明這是一款合格的口罩。如下圖5所示。

 


圖5 口罩呼吸閥CT橫截面結構圖

如果此時連接3D打印機,可以直接把呼吸閥打印出來(圖6),逆向工程在CT機的幫助下,變得如此簡單。


圖6 口罩呼吸閥CT渲染3D圖

數據分析——呼吸閥質量看清楚

通過掃描出的CT圖像進行多維度的數據分析,我們可以從多個角度來看呼吸閥的產品品質,判斷其質量是否可靠。

(一)從設計物/實物對比看呼吸閥產品品質

  如果生產出來的產品能和設計者設計的產品完全一致,那么消費者就能戴上完美的口罩。通過掃描出來的CT三維數據和設計件CAD數據或者相同產品的CT三維數據進行比較,驗證實際生產出來的產品和理想中設計的產品偏差是否在允許公差范圍內,比常規方法效率更高。圖5是通過掃描兩個相同產品的口罩呼吸閥進行比較。通過不同顏色對應不同數據展示分析效果,結果顯示兩個產品的尺寸偏差值在+/-0.01mm之間(如果偏差為0是最好的,表示兩個產品外觀尺寸完全一致)。


圖5  兩個口罩呼吸閥產品比較分析圖

(二)從壁厚分析看呼吸閥產品品質

  產品厚薄不均勻,影響產品質量和使用舒適性。使用壁厚分析功能可以很容易用于數據分析及整理,在CT三維數據上自動定位壁厚的位置,計算出壁厚然后用顏色顯示分析結果。圖6是口罩呼吸閥的壁厚分析效果圖,圖7是口罩呼吸閥的壁厚分析數據統計。結果顯示最大壁厚2.377mm,壁厚偏差0.492mm。


圖6  口罩呼吸閥的壁厚分析效果圖


圖7 口罩呼吸閥的壁厚分析數據統計

(三)從孔隙/夾雜物分析看呼吸閥產品品質

  在呼吸閥中有孔隙和雜質。這也影響產品質量的。如果孔隙過多,有漏氣的風險。而含有雜質,會不會是對人體有害呢。

  圖8是帶有孔隙的口罩呼吸閥CT橫截面結構圖,紅色圓圈標注的黑色區域就是孔隙。


圖8  口罩呼吸閥CT橫截面結構圖(有孔隙)

  使用專用軟件分析孔隙缺陷,計算出孔隙缺陷分布效果圖(圖9)。使用不同顏色標注不同大小體積的孔隙。最大孔隙體積是0.04919mm³。圖10是口罩呼吸閥CT孔隙缺陷統計圖,統計出材料總體積是4672.64209mm³,孔隙缺陷總體積1.19039mm³,孔隙缺陷百分比0.03%。


圖9  口罩呼吸閥CT孔隙缺陷分布圖


圖10  口罩呼吸閥CT孔隙缺陷統計圖

  圖11是帶有雜質的口罩呼吸閥CT橫截面結構圖,紅色圓圈標注的白色區域就是雜質。


圖11  口罩呼吸閥CT橫截面結構圖(有雜質)

  使用專用軟件分析雜質,計算出雜質分布效果圖(圖12)。使用不同顏色標注不同大小體積的雜質。最大雜質體積是0.19562mm³。圖13是口罩呼吸閥CT雜質統計圖,統計出材料總體積是4669.68066mm³,雜質總體積4.04604mm³,雜質百分比0.09%。


圖12 口罩呼吸閥CT雜質分布圖

圖13口罩呼吸閥CT雜質統計圖

  綜上所述,好的口罩上的呼吸閥閥片是閉合的,但是在CT掃描結果中發現有孔隙及雜質缺陷。通過島津微焦點X射線CT系統掃描后可以做3D打印(逆向工程)、創建設計件/實物比較、壁厚分析和孔隙/夾雜物缺陷分析等功能,提高產品性能,控制產品品質。

  最后大家清楚了吧,由于在呼氣時單向閥打開排氣,氣體直接排出到空氣中,所以患有傳染病的病人是不能佩戴這種有呼吸閥的口罩喲。




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