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疫情防控︱岛津CT带您揭开口罩呼吸阀的秘密

作者:管理员 来源:岛津 浏览: 发布时间:2020-03-24 15:57

2020年,新春伊始,疫情肆虐,专家给出三条妙方:隔离、口罩、勤洗手。一时之间,口罩成为生活必需品,全民开始了口罩科普。其中有呼吸阀的口罩由于其结构有异于其他普通口罩,安全性成为争论焦点。究竟口罩呼吸阀结构如何?如何判断呼吸阀口罩是否合格?小编通过岛津微焦点X射线CT系统对一款带有呼吸阀的KN95口罩进行全面解析,带您一窥呼吸阀的秘密,解答您的疑问。

透视及CT——呼吸阀结构全掌握

(一)呼吸阀口罩外观透视及CT效果

我们选用了一款带有呼吸阀的口罩,如图1所示。让我们先给它拍一个X光片,看看口罩整体的透视效果(图2)。

平面图看不出所以然?

别急,让我们看看CT扫描后的口罩的CT 3D效果图。


图3 口罩CT 3D图

通过颜色渲染一下(图4),是不是更清楚啦!


图4 口罩CT渲染3D图

(二)口罩呼吸阀结构解析

原来,口罩上的呼吸阀在呼气时阀片弹开,吸气或不使用时闭合。通过结构CT横截面动画展示,可以看到此款口罩在不使用时,阀片和塑料部分是闭合的,说明这是一款合格的口罩。如下图5所示。

 


图5 口罩呼吸阀CT横截面结构图

如果此时连接3D打印机,可以直接把呼吸阀打印出来(图6),逆向工程在CT机的帮助下,变得如此简单。


图6 口罩呼吸阀CT渲染3D图

数据分析——呼吸阀质量看清楚

通过扫描出的CT图像进行多维度的数据分析,我们可以从多个角度来看呼吸阀的产品品质,判断其质量是否可靠。

(一)从设计物/实物对比看呼吸阀产品品质

  如果生产出来的产品能和设计者设计的产品完全一致,那么消费者就能戴上完美的口罩。通过扫描出来的CT三维数据和设计件CAD数据或者相同产品的CT三维数据进行比较,验证实际生产出来的产品和理想中设计的产品偏差是否在允许公差范围内,比常规方法效率更高。图5是通过扫描两个相同产品的口罩呼吸阀进行比较。通过不同颜色对应不同数据展示分析效果,结果显示两个产品的尺寸偏差值在+/-0.01mm之间(如果偏差为0是最好的,表示两个产品外观尺寸完全一致)。


图5  两个口罩呼吸阀产品比较分析图

(二)从壁厚分析看呼吸阀产品品质

  产品厚薄不均匀,影响产品质量和使用舒适性。使用壁厚分析功能可以很容易用于数据分析及整理,在CT三维数据上自动定位壁厚的位置,计算出壁厚然后用颜色显示分析结果。图6是口罩呼吸阀的壁厚分析效果图,图7是口罩呼吸阀的壁厚分析数据统计。结果显示最大壁厚2.377mm,壁厚偏差0.492mm。


图6  口罩呼吸阀的壁厚分析效果图


图7 口罩呼吸阀的壁厚分析数据统计

(三)从孔隙/夹杂物分析看呼吸阀产品品质

  在呼吸阀中有孔隙和杂质。这也影响产品质量的。如果孔隙过多,有漏气的风险。而含有杂质,会不会是对人体有害呢。

  图8是带有孔隙的口罩呼吸阀CT横截面结构图,红色圆圈标注的黑色区域就是孔隙。


图8  口罩呼吸阀CT横截面结构图(有孔隙)

  使用专用软件分析孔隙缺陷,计算出孔隙缺陷分布效果图(图9)。使用不同颜色标注不同大小体积的孔隙。最大孔隙体积是0.04919mm³。图10是口罩呼吸阀CT孔隙缺陷统计图,统计出材料总体积是4672.64209mm³,孔隙缺陷总体积1.19039mm³,孔隙缺陷百分比0.03%。


图9  口罩呼吸阀CT孔隙缺陷分布图


图10  口罩呼吸阀CT孔隙缺陷统计图

  图11是带有杂质的口罩呼吸阀CT横截面结构图,红色圆圈标注的白色区域就是杂质。


图11  口罩呼吸阀CT横截面结构图(有杂质)

  使用专用软件分析杂质,计算出杂质分布效果图(图12)。使用不同颜色标注不同大小体积的杂质。最大杂质体积是0.19562mm³。图13是口罩呼吸阀CT杂质统计图,统计出材料总体积是4669.68066mm³,杂质总体积4.04604mm³,杂质百分比0.09%。


图12 口罩呼吸阀CT杂质分布图

图13口罩呼吸阀CT杂质统计图

  综上所述,好的口罩上的呼吸阀阀片是闭合的,但是在CT扫描结果中发现有孔隙及杂质缺陷。通过岛津微焦点X射线CT系统扫描后可以做3D打印(逆向工程)、创建设计件/实物比较、壁厚分析和孔隙/夹杂物缺陷分析等功能,提高产品性能,控制产品品质。

  最后大家清楚了吧,由于在呼气时单向阀打开排气,气体直接排出到空气中,所以患有传染病的病人是不能佩戴这种有呼吸阀的口罩哟。