Kişiye özel yüz (solunum) maskesi tasarımı ve imalatı
Design and manufacturing of personalized face mask (respirator)
Yazar: AHMET ÇAKIR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HASAN KEMAL SÜRMEN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bilgisayar destekli üretim = Computer aided manufacturing ; Erimiş birikme modellemesi (FDM) = Fused Deposition Modelling (FDM) ; Fotogrametri = Photogrammetry ; Katmanlı üretim = Additive manufacturing ; Maskeler = Masks ; Üretim yöntemleri = Production methods

Özet:
Genel olarak, "yüz maskesi" terimi, birincil işlevi parçacıkların veya damlacıkların geçişini azaltmak olan koruyucu ekipmanı ifade etmektedir. Yüz maskeleri, toz, kirleticiler, alerjenler, patojenik organizmaların solunum yoluyla vücuda alınmasına karşı fiziksel bir bariyer olarak kullanılmaktadırlar. Covid – 19 pandemisiyle de yeniden gündeme gelen yüz (solunum) maskeleri kişisel korunmada çok önemli bir rol oynamaktadırlar. Son yıllarda yüz maskelerinin kullanım performanslarının artırılması büyük önem kazanmıştır. Sızdırmazlık, uzun süreli kullanım, konfor, maske – yüz uyumluluğu, tekrar kullanılabilirlik, temizlenebilirlik gibi parametreler kullanım performansını belirlemektedir. Bu tez kapsamında toz, sis, buğu, duman ve havada asılı kalan biyolojik parçacıklara karşı koruma sağlayan maskelere alternatif, kişiye özel bir yüz (solunum) maskesinin tasarım ve üretim metodundan bahsedilmektedir. Bu metotta, kişinin yüz hatlarıyla örtüşen, sızdırmazlık oranı yüksek, uzun süreli kullanımlarda yüksek konfora sahip, yeniden kullanılabilir ve filtreleri değiştirilebilir bir solunum maskesi tasarımı geliştirilmiştir. Maskenin tasarımında kişinin yüzü üç boyutlu fotogrametrik modelleme yöntemi ile elde edilmiş ve maske bu model kullanılarak kişinin yüzü ile tam – temaslı olacak şekilde tasarlanmıştır. Sonlu elemanlar metodu kullanılarak maskenin yüzde oluşturduğu deformasyon incelenmiş ve hava akış analizleri yapılmıştır. Sonrasında tasarımı yapılan maske bir eklemeli imalat metodu olan eriyik yığma modelleme ile üretilmiştir. Birçok kişiye özel tasarlanmış biyomedikal cihazda olduğu gibi bu tezde tasarlanan yüz maskesi modeli de antropometrik verilere dayandığı için serbest formlu bir geometriye sahiptir. Bu tez kapsamında günümüz üç boyutlu tarama ve üç boyutlu baskı teknolojilerden tasarım ve üretim aşamasında etkin bir şekilde faydalanılmıştır. Ayrıca, bu çalışmada geliştirilen tasarım ve üretim metodu ile itfaiye maskesi olarak ifade edilen duman maskesi, yüzme – dalış maskesi, kimyasal, biyolojik, radyasyon ve nükleer maskesi, pilotların kullandığı oksijen maskesi gibi birçok yüz maskesinin kişiye özel bir şekilde tasarlanması ve performanslarının artırılması mümkün olabilir.

Abstract:
Generally, the term "face mask" refers to protective equipment whose primary function is to reduce the passage of particles or droplets. Face masks are used as a physical barrier against the inhalation of dust, pollutants, allergens and pathogenic organisms. Face (respiratory) masks, which have come to the fore again with the Covid-19 pandemic, play a very important role in personal protection. Increasing the usage performance of face masks has gained great importance in recent years. Parameters such as tightness, long-term use, comfort, mask-face compatibility, reusability, cleanability determine the performance of use. In this thesis, the design and production method of a personalized face (respiratory) mask, which is an alternative to masks that provide protection against dust, fog, mist, smoke and airborne biological particles, is discussed. In this method, a reusable and replaceable filter respirator mask design has been developed, which overlaps with the person's facial features, has a high sealing rate, has high comfort in long-term use. In the design of the mask, the face of the person was obtained by the three-dimensional photogrammetric modeling method and the mask was designed to be in full-contact with the person's face using this model. By using the finite element method, the deformation of the face of the mask was examined and air flow analyzes were made. As with many custom-designed biomedical devices, the face mask model designed in this thesis has a free-form geometry as it is based on anthropometric data. Within the scope of this thesis, today's three-dimensional scanning and three-dimensional printing technologies have been effectively utilized in the design and production stages. In addition, with the design and production method developed in this study, it may be possible to individually design and increase the performance of many face masks such as smoke masks, swimming - diving masks, chemical, biological, radiation and nuclear masks, and oxygen masks used by pilots.