Cuando la Industria 4.0 ayuda a salvar vidas

La primera ola de la crisis del Coronavirus llegó oficialmente a España en febrero (seguramente antes) y, desde mediados de marzo y a partir de la  declaración del Estado de Alarma por parte del Gobierno, nos mantuvo  confinados en nuestras casas durante meses. Durante mucho tiempo, las  ciudades con los focos más importantes como Madrid o Barcelona sufrieron  un problema de organización y falta de material médico que estuvo cerca de  llevar al colapso, o los llevó, a algunos hospitales.  

En esta situación surgieron muchas campañas e iniciativas personales de  gente que quería ayudar y aportar con lo que estaba a su alcance. Grandes  empresas compraron material médico y lo donaron a hospitales y ofrecieron productos y servicios de manera altruista, colaborando donde cada una  consideraba que podía aportar más.  

También surgieron muchas iniciativas de particulares que fabricaron  mascarillas y otros EPIs para sanitarios. Uno de los movimientos mas  conocidos fue el de “Coronavirus Makers”, una iniciativa que surgió a raíz de  las noticias que llegaban relacionadas con la falta de mascarillas y pantallas  de protección para sanitarios y respiradores para pacientes. Un buen  porcentaje de las impresoras 3D en España se puso a trabajar imprimiendo viseras para la fabricación de pantallas de protección y otras piezas. La  iniciativa creció tanto que incluso llegó a protagonizar alguna rueda de prensa  del Presidente del Gobierno, que agradeció el trabajo de tanta gente anónima  que no dudó en poner sus máquinas a producir material.  

Por mi parte, cumplía 2 condiciones que me posicionaban como un perfil  interesante que podía aportar mucho en esta situación y ofrecer mucha ayuda.  Por una parte, la impresión 3D forma parte de mis hobbies desde hace años,  lo que me ha llevado a tener 2 impresoras 3D en mi domicilio, mucho material  y los conocimientos necesarios para el diseño y fabricación de cualquier tipo  de pieza. Por otra parte, dado que mi ámbito de responsabilidad en Cepsa incluye todo lo relacionado con las tecnologías emergentes en general y la  impresión 3D en particular, tenía una amplia red de proveedores industriales y colaboradores que me facilitarían la tarea de escalar y productivizar cualquier  pieza o producto, de manera que cumpliera los requisitos técnicos necesarios  para su uso.

En este contexto, fui una de las primeras personas que puso sus impresoras  3D a trabajar 24 horas al día. Al principio fabricaba viseras para pantallas de  protección, las montaba y las donaba a hospitales. En esa primera etapa envié  unas 500 pantallas a La Paz, Gómez Ulla y Fundación Jiménez Díaz.  

Primeros lotes de pantallas de protección para hospitales 

A los pocos días me enteré de que en Italia, donde nos llevaban 2 semanas de  ventaja en cuanto a la expansión del virus, habían desarrollado un sistema para adaptar máscaras de buceo tipo “snorkel” a respiradores no invadidos  mediante adaptadores impresos en 3D, de manera que pudieran usarse como  asistente a la respiración para pacientes en UCI. Me pareció una iniciativa muy  interesante porque representaba una aplicación de tecnologías de Industria  4.0 a un caso de uso de primera necesidad en ese momento.

Poco después leí  en prensa la noticia de que Mediamarkt España estaba donando todo su stock de máscaras de buceo y de impresoras 3D a diferentes grupos de voluntarios.  Inmediatamente me puse en contacto con la persona que estaba gestionando las donaciones, le conté lo que estaba haciendo, las capacidades que tenía para diseñar y fabricar piezas y los medios técnicos y físicos con los que contaba y ofrecí mi domicilio como centro de operaciones. Hasta ese momento tenían gente y grupos de makers colaborando desde diferentes  puntos de la geografía española pero en Madrid, el epicentro de la pandemia,  no tenían presencia. De esa manera me convertí en la “delegación madrileña”. 

Pantallas de protección donadas a diferentes hospitales

A los pocos días de arrancar la colaboración empezó a llegar a mi domicilio  todo tipo de material desde diferentes sedes de Mediamarkt en toda España:  máscaras de buceo, impresoras 3D y material para imprimir. Mi mujer y yo  decidimos transformar la casa en un taller de trabajo en el que montamos una  cadena de producción con 8 impresoras 3D funcionando en el salón a pleno  rendimiento, una habitación a modo de almacén en la que llegamos a tener  más de 300 máscaras de buceo preparadas para adaptar y donar y otra como  taller para montar pantallas de protección y probar máscaras y adaptadores. 

Algunas de las impresoras 3D del “taller doméstico” 

Máscaras de buceo y más impresoras 3D

Al principio seguí imprimiendo viseras para pantallas de protección y las  primeras versiones de adaptadores para máscaras a partir de modelos  digitales que se estaban usando en Italia y se empezaban a utilizar en España  para las máscaras de Decathlon, que también había donado todo su stock a  otros grupos de makers. Pero en paralelo a la fabricación de estas piezas y dado que los modelos no terminaban de encajar en las máscaras con las que estaba trabajando yo procedentes de Mediamarkt, ya que el modelo era  ligeramente diferente, empecé a diseñar nuevos modelos de adaptadores.  Estos adaptadores debían acoplarse perfectamente a las máscaras de manera  que cerraran herméticamente el circuito de aire, tenían que poder acoplarse a  los tubos de los respiradores médicos y debían disponer de conductos  separados para la entrada y salida de aire.

Además mi objetivo era cubrir 2  requisitos adicionales; que fueran más eficientes a la hora de imprimirse  (menor cantidad de material y menor tiempo de impresión por unidad), y que se adaptaran mejor a las máscaras y a los respiradores que los diseños italianos.  

Diseño digital y modificación de piezas para imprimir en 3D 

Con varios diseños terminados e impresos y tras probar su perfecto acople en  las máscaras, empecé a hablar con hospitales para ofrecer las máscaras y los adaptadores. El hospital de La Paz fue el primero en interesarse por las  piezas. Ya estaban utilizando máscaras de Decathlon y gestionaban la  distribución a diferentes hospitales, incluido el hospital de campaña de IFEMA. 

Les doné un primer lote de máscaras con adaptadores para que las probaran y me dieran feedback. Les preocupaba que se separaran bien los flujos de entrada y salida del aire en la máscara y la robustez de las piezas. Además me transmitieron que los materiales con el que estaba imprimiendo, PLA o PET-G, no eran adecuados para uso médico y se estaban usando solo en casos de  extrema necesidad, bajo la responsabilidad del médico que autorizaba su uso y siempre de manera desechable, sin opción a desinfectarlos y volver a  usarlos.  

Diferentes prototipos de adaptadores impresos en 3D

Los siguientes días me dediqué a mejorar los diseños de los adaptadores y  empecé a fabricar un nuevo modelo que permitía el uso de las máscaras como EPI por parte de sanitarios, mediante el acople de un filtro antiviral.  

Por otra parte, dado que los materiales en los que fabricaba las piezas no  estaban recomendados para uso médico, me puse en contacto con varias  empresas de fabricación aditiva industrial para pedirles ayuda en la  fabricación de los adaptadores en materiales aptos para uso médico. Tanto HP como Optimus3D se ofrecieron a fabricar las piezas de manera desinteresada. HP me transmitió que estaban colaborando con el hospital Parc Taulí de Sabadell para validar y homologar adaptadores, y les solicité que me metieran  en el programa para validar las piezas que estaba diseñando y fabricando.  Tras varias semanas de envío de piezas y pruebas conjuntas, conseguí la homologación de mis adaptadores para su uso de manera segura en aplicaciones médicas de asistencia a la respiración. 

Página web de Parc Taulí con la certificación de las piezas diseñadas 

Por su parte, Optimus3D fabricó un lote de varios cientos de adaptadores a  partir de dos de mis diseños con tecnología HP MultiJet Fusion en material  PA12, un polímero apto para uso médico. Estos adaptadores los fui enviando a  diferentes hospitales junto a las máscaras, ofreciendo una solución, ahora sí,  100% válida y segura para uso sanitario, ya que las piezas estaban validadas  y certificadas y el material era compatible con uso médico por ser seguro,  reutilizable y desinfectable. 

Adaptadores fabricados por Optimus3D en PA12, material apto para uso médico

Por aquel entonces ya tenía la “factoría” a pleno rendimiento. Las 8  impresoras 3D fabricando todo el día y descansando por la noche. Seguía  fabricando pantallas de protección, probando modificaciones y mejoras en el  diseño de los adaptadores y fabricando otros prototipos de piezas. Hice un  llamamiento en redes sociales para ofrecer mis piezas a hospitales y otras  entidades y amplié el abanico de “clientes” a diferentes tipologías de centros  sanitarios, a residencias de ancianos, centros de mayores, Policía Local y  otras Fuerzas y Cuerpos de Seguridad del Estado. Como para aquel entonces  disponía de un gran stock de adaptadores en PA12 aptas para uso médico,  centré el trabajo de las impresoras en pantallas de protección y en otras  solicitudes que me seguían llegando. 

Desde el hospital de Getafe me contactaron para lanzar un reto. Tenían  problemas de suministro de válvulas tipo Peep, válvulas de no retorno que  dejan pasar el flujo de aire en un solo sentido y que se usan en los  respiradores de los pacientes para mantener la presión positiva en los  pulmones. El mecanismo es muy sencillo: tienen una salida de aire con una  membrana presionada por un muelle que tapona el conducto de salida, de tal  manera que cuando el flujo de aire va hacia fuera la membrana se abre para  dejar salir el aire, pero cuando el flujo va hacia dentro, el propio flujo, ayudado  por el muelle, cierra el circuito y no deja pasar el aire.

Me pasaron los planos  de un modelo industrial para ver cómo funcionaban ese tipo de válvulas y me  transmitieron la necesidad que tenían de diseñar un sistema que pudiera  fabricarse de manera sencilla y barata ya que, debido a la situación de  emergencia que había en los hospitales, no quedaba stock de este tipo de  válvulas. Me puse a trabajar en un diseño completo de la válvula que pudiera  ser impreso en 3D y que fuera completamente funcional. Tras varios días de  trabajo y con muchas pruebas y cambios en el diseño, conseguí fabricar una  unidad completamente funcional. Incluso el muelle era impreso en 3D, al igual  que el resto de piezas de la válvula, a excepción de la membrana que sella el  circuito, que debía ser de silicona. Fabriqué un lote de 20 válvulas y las envié  al hospital. Un par de días después me confirmaron que funcionaban  perfectamente y que las estaban usando con pacientes bajo supervisión de  personal médico. 

Válvulas Peep impresas en 3D y completamente funcionales

Otra iniciativa en la que he participado es en el diseño, fabricación y testeo de  piezas para respiradores mecánicos, colaborando con el Laboratorio  Subterráneo de Física Nuclear de Canfranc. Esta entidad está dentro de un  consorcio de laboratorios y universidades de España, Italia, Francia, Canadá y Estados Unidos y liderado por Art McDonald, Premio Nobel de Física 2015,  que ha desarrollado un ventilador para pacientes con Covid-19 en UCI.

Me pidieron asesoramiento en el diseño, adaptación y fabricación de varias piezas  mecánicas. Una vez finalizado el diseño de todo el dispositivo e incluyendo  varias de las piezas que diseñé y fabriqué, el equipo español procedió a homologar el ventilador según las normas de la Agencia Española del  Medicamento. 

Diseño e impresión en 3D de piezas para el respirador del Laboratorio de Física  Nuclear de Canfranc

También colaboré con la iniciativa Respiradores4all, una de las más potentes en España en el diseño y fabricación de respiradores mecánicos. Esta  iniciativa fue liderada por Ferrovial, BBVA, Airbus y Amazon entre otras  grandes corporaciones. Sus prototipos de respiradores fueron también  homologados por la Agencia Española del Medicamento aunque no llegaron a  usarse porque el proceso de homologación terminó cuando ya estaban  llegando respiradores de fabricantes homologados. Para aprovechar el trabajo  realizado, cambiaron el enfoque y decidieron liberar los diseños y las  instrucciones de fabricación y uso para que en países subdesarrollados se  pudieran fabricar su propios respiradores en caso de ser necesario y no contar  con los medios adecuados para adquirir equipos médicos industriales. Con  este nuevo enfoque, se pusieron en contacto conmigo porque mis  adaptadores y las máscaras de buceo encajaban perfectamente con sus  prototipos y me pidieron documentar mis soluciones tanto para el uso de  máscaras de buceo como EPIs para sanitarios como con respiradores para  pacientes Covid-19. También me pidieron documentación sobre las válvulas  Peep que había diseñado. Todo ello fue acompañado de los modelos digitales para que las piezas se puedan imprimir de manera sencilla en cualquier parte  del mundo. 

Extracto de las instrucciones generadas para el proyecto Respiradores4all 

En paralelo a estas nuevas colaboraciones seguí distribuyendo diferentes lotes  de máscaras + adaptadores PA12 y de pantallas de protección a hospitales de  diferentes puntos de España. 

Para la logística pedí ayuda a Correos, que se ofreció a hacer todos los envíos de manera gratuita y desinteresada. Gracias a ello pude realizar decenas de  envíos a diferentes puntos de la península. También me ayudó Policía Local de Madrid y unidades de Protección Civil para hacer la distribución del material  de manera directa a hospitales de la región.  

Cuando bajó la presión de enfermos en UCI, las máscaras se dejaron de  utilizar como asistente a la respiración de pacientes, pero siguieron usándose como EPI para intervenciones en UCI y en quirófano. Meses después, todavía nos llega feedback muy positivo de cirujanos e intensivistas, que se sienten  muy seguros y cómodos en las intervenciones usando las máscaras y las  siguen usando actualmente. 

Durante bastante tiempo seguí fabricando y donando pantallas de protección, salvaorejas para mascarillas y adaptadores para máscaras de buceo. Las últimas donaciones de máscaras de buceo fueron para el Colegio de Odontólogos, desde donde se distribuyeron a clínicas de toda España para su uso como EPI en tratamientos dentales. 

El recuento total de material fabricado y donado es de aproximadamente 300 máscaras con adaptadores, 2000 pantallas de protección, 20 válvulas Peep, 30 piezas para respiradores y 3000 salvaorejas. 

Lote donado al Hospital La Paz de máscaras y adaptadores aptos para uso médico

Y el resumen de los hitos conseguidos en esta aventura es el siguiente: 

• Diseño y modelado digital completo de 3 tipos de adaptadores para  máscaras de buceo 

• Puesta en marcha de un taller con 8 impresoras 3D, testing de piezas y  cadena de montaje de EPIs y accesorios 

• Distribución de piezas a 12 hospitales en toda España y a otras entidades 

• Alianzas con Mediamarkt, Correos, HP y Optimus 3D entre otras  entidades 

• Certificación de los adaptadores diseñados para uso médico por parte de  un Centro de Investigación perteneciente a un Centro Sanitario 

• Impresión de varios lotes de cientos de unidades de adaptadores en  material PA12 apto para uso médico 

• Diseño y fabricación de válvulas Peep completamente funcionales y  validadas para su uso en respiradores mecánicos 

• Diseño y fabricación de piezas para respiradores mecánicos que han sido  homologados por la Agencia Española del Medicamento 

• Generación de documentación para el uso de material médico y de piezas  impresas en 3D en países subdesarrollados 

He aprendido mucho con esta experiencia. Me ha sorprendido comprobar  como la mayor parte de las empresas a las que he pedido ayuda no han  dudado en ponerse a mi disposición, incluso grandes corporaciones como  Mediamarkt, Correos o HP o entidades públicas como Policía Local o  Protección Civil. Ha sido un trabajo que ha durado casi 3 meses y que he  tenido que compaginar con mi trabajo. Ha sido duro y ha supuesto un esfuerzo económico importante, pero la satisfacción de pensar que he  contribuido en la lucha contra el coronavirus y que, tal vez, he ayudado a  salvar alguna vida, es enorme. 

Como responsable de Industria 4.0 en una gran empresa como Cepsa,  también me llevo una lección aprendida. La industria en España, y en buena  parte del mundo, no está preparada para reaccionar de manera rápida y eficiente ante retos repentinos o cambios en las necesidades del cliente. No  vimos llegar la crisis ni la amenaza que representaba y nuestras fábricas no  supieron adaptarse ágilmente a las nuevas necesidades. Necesitábamos  respiradores, mascarillas, geles hidroalcohólicos y máscaras de protección y  no fuimos capaces de auto abastecernos. Hubo intentos por parte de  fabricantes de vehículos o de equipamiento médico para cambiar su cadena  de producción y fabricar respiradores. Los talleres textiles empezaron a  fabricar mascarillas. Algunas empresas petroquímicas cambiaron la  configuración de sus plantas para fabricar geles hidroalcohólicos. Pero no se hizo con la suficiente agilidad y se acabó dependiendo del mayor productor mundial, China.  

Tenemos ante nosotros un reto muy interesante. Podemos trabajar en construir  una industria inteligente que permita adaptar los procesos de producción  hacia las necesidades que imponga el mercado en cada momento. Ahora nos  encontramos en la segunda ola de la pandemia. Y mañana puede haber, o no,  otra pandemia diferente. Pero lo que está claro es que el mercado es cada vez  más exigente y cada vez nos encontramos ante más situaciones de cambios  de tendencia o aparición de nuevas oportunidades. Los que estén mejor preparados serán los que mayor beneficio saquen. En eso consiste la Industria  4.0 y la idea de la fabricación inteligente. Tenemos que adaptarnos y dejar de  desaprovechar las oportunidades y los retos que vendrán. 

LINKS RELACIONADOS: 

• Validación médica de los adaptadores por parte de Parc Taulí Sabadell: http:// www.tauli.cat/es/institut/plataformes-i-serveis/laboratori-3d/covid-3d/cataleg/ #3DPT033 

• Respirador del Laboratorio Subterráneo de Canfranc: https://www.radiohuesca.com/ sociedad/el-laboratorio-subterraneo-de-canfranc-trabaja-en-un-respirador-de respuesta-suave-para-ucis-24042020-138578.html 

• Respiradores4all: https://www.respiradores4all.com/