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2020年8月。新冠肺炎依然肆虐，一場野火燒遍了美國西部大片區域。Kevin Ngo正在設計一款對他而言十分重要的產品，再過幾周就能完成了。
經過兩年的研發，Kevin的獨特發明不僅可以保護他的三個孩子，還能保護其他小學生，免受病毒和空氣污染的影響。快速精準的三維掃描技術正是Kevin此次重大項目Flo Mask口罩背后的重要技術。
Flo Mask口罩是新一代可反復使用的亞微米級過濾式兒童呼吸口罩。其優點在于它獨特的過濾裝置和量身定做的墊圈，由世界一流的產品設計師設計，貼合4-12歲兒童臉型。這些過濾裝置在美國制造，能阻擋空氣中0.1微米的顆粒。Nelson實驗室的獨立測試表明，Flo Mask口罩能阻擋99.8%的病毒，透氣性是美國食品藥品監督管理局標準的600%。
Kevin還利用為兒童設計的優質呼吸口罩技術，用于成人口罩設計。他參加了美國衛生與公眾服務部-生物醫學高級研究與發展局（BARDA）發起的口罩創新挑戰：打造未來口罩。
這項挑戰旨在為大眾研發可大規模生產、且成本低廉的高效創意產品，以抵御呼吸道疾病病原體的入侵。Kevin的Air Flo實驗室有限責任公司已入圍決賽，爭奪最終的現金大獎。下半年，五名獲勝者將瓜分40萬美元。
Flo Mask口罩的硅膠墊提供了不一樣的舒適感，過濾裝置十分獨特，經Nelson實驗室測試，透氣性是美國食品藥品監督管理局標準的600%。
源起
出現這一想法，主要是因為現有市場的缺陷。“我們有成人的N95口罩，防護性能很好，但是卻沒有適合兒童的好口罩，”Kevin說道。“諷刺的是，兒童是脆弱群體，竟沒有辦法防護。”Kevin一直在努力尋找一款能保護自己孩子的口罩，最終，他決定自己設計一款。
Flo Mask口罩項目于2018年夏天啟動，當時，正是加州有史以來嚴重的火災季節。到了2020年，情況更糟了。
“小孩放學回家，感到惡心，嚴重頭疼。學校甚至給我們發郵件說，即使家里有N95口罩，也不要給孩子戴，因為不合身，孩子還是會吸入有毒氣體，”他說道。
為保護孩子免受空氣污染和病毒影響而發明Flo Mask口罩的硅谷爸爸Kevin Ngo。
Kevin仔細研究了空氣污染嚴重的國家為兒童提供的各種口罩，但沒有一款符合他的期望。“我從世界各地買回各類兒童口罩。我們評估的口罩不是貼合性不好，就是不舒適，或者效果有問題。許多口罩是織物口罩，在過濾PM2.5顆粒方面沒有任何作用，”他表示。
Kevin憑借自己的AR/VR領域的經驗，非常清楚兒童優質口罩的開發離不開一項技術——三維掃描。Kevin嘗試了幾十個方案，但沒有一款讓他完全滿意。不是采集的數據質量不佳，就是采集速度過慢。對這個項目而言，半毫米誤差也不能容忍。
初步設想的Flo Mask口罩設計概念。
“我找到Indicate Technologies，他們有一臺埃太科三維掃描設備，“Kevin說道。“我那天休息，給他們打了電話，他們說可以過來看看。”
埃太科三維金牌授權合作商Indicate Technologies的加州辦公室離Kevin家僅15分鐘車程，他很快見到了公司的3D產品專家Márcio Adamy。Kevin向他介紹了項目難點，以及對三維掃描儀的要求（速度、分辨率、精度），Márcio也有孩子，同樣受到嚴重空氣污染的困擾，他很清楚，這一切難點都可以通過一項解決方案來擊破，即Artec Eva。
便攜式結構光三維掃描儀Artec Eva（精度：高達0.1毫米，分辨率：高達0.2毫米）
“我們向他證明Artec Eva可以為孩子臉部進行掃描，還教Kevin如何使用掃描儀與軟件，還分享了一些提高掃描效率的技巧和方法，“Márcio說道。由于Kevin只需要周末時使用掃描儀，所以經商量，他可以在周末租用Artec Eva。
Artec Eva是一款便攜式三維掃描儀，采用結構光科技，對人體而言100%安全，適合快速掃描大中型物體，精度可達0.1毫米，分辨率可達0.2毫米（HD模式）。
“Márcio是位很棒的老師，整個培訓只花了1小時，我就學會了，“Kevin說道。
Kevin用Artec Eva掃描自己的兒子。
在接下來的兩周，Kevin在舊金山灣區來來回回，掃描了“自己認識的所有5-11歲兒童”。考慮到孩子鼻梁和鼻子大小不一，能搜集到各種3D數據，對本項目而言至關重要。所以，不同種族的孩子（亞裔、西班牙裔、美國非裔、高加索人）都進行了掃描，有了完整的頭部掃描就能設計出不勒耳朵的帶子。
每次頭部掃描不到20秒，后期清理只需30秒。盡管起初他有所顧慮，但最后他確實不需要再購買Windows系統的電腦來運行Artec Studio。2015年的MacBook Pro加上Boot Camp就足以順利處理掃描。
Kevin用Artec Eva為兒子首次完成的三維掃描，所有特征如實呈現。
“有一次，學校排了十幾個孩子要掃描。Artec Studio的優勢就在于，我可以之后再清理掃描，”他說道。“我只要把孩子頭部后面的偽影切掉即可。清理噪點很容易。”
Artec Studio處理后，每份掃描需要發送至Pro Engineer CAD軟件。“準確對齊每份掃描后，找到適合各種臉型的形狀。這些掃描幾乎幫我們確定了90%的外形。之后，我們又進行了多次3D打印，在孩子身上測試效果，每次進行微調，逐漸制作出高分辨率的設計原型，”Kevin說道。
設計墊圈。
精益求精
項目進行至此，Kevin及其團隊，也就是來自不同領域的專家朋友，需要繼續完善設計。
“我們采用PolyJet打印技術，模擬硅膠材料的穿戴感受，并驗證我們的設計，”Kevin說道。然后，團隊找到生產工具。在共射成型階段，液態硅橡膠被粘合至塑料部件上，形成整體，其中過濾裝置開口處是空氣顆粒唯一可以滲透的地方。
所以，Flo Mask的軟墊可以勾勒出兒童的臉部輪廓，同時口罩不會貼在嘴唇上。可調節的綁帶可以直接繞過耳后，上方的帶子后面還加了橡膠墊，防止滑落。
Flo Mask團隊經過幾輪CAD設計、3D打印、測試，確定了適合兒童的口罩設計。
新一代過濾器
尋找合適的過濾器很難，為此Kevin幾乎放棄了整個項目，畢竟過濾裝置的透氣性直接決定了口罩的成敗。
通常，過濾裝置由緊密編織的纖維組成，防止顆粒通過。更好的保護往往要犧牲透氣性。“看起來還沒有透氣性良好的過濾器，我在美國找到一家生產呼吸機過濾器的醫療公司，”Kevin說道。
Spunbond無紡布制成的呼吸機過濾裝置在阻隔病毒方面效果很好，同時還能保持良好的透氣性。“生產過程很不同，”Kevin解釋道。“這種過濾裝置不編織纖維，而是在上面打洞。這一過程會產生靜電荷，在吸引有害微粒與病毒時非常有用。”
Flo Mask的一次性過濾裝置可以持續使用8小時。“在煙霧彌漫的環境中，過濾器的損耗更重，所以要盡早更換，”Kevin解釋道。“如果只是戴著口罩去雜貨店，那用幾天也沒問題。口罩其余部分可以用水和肥皂清洗，一小時內就會干。”
清洗Flo Mask同樣相當簡單。
用戶反饋
“我還沒找到臉型不符合的小孩，”Kevin說道。“我們掃描了5-11歲的兒童，得到的臉型確實質量很高，年齡范圍擴大到4-12歲都沒問題，令人喜出望外。”但事實上，已經有2歲的孩子，也戴上了這款口罩。
周末，Kevin經常帶著孩子去公園，他們會花上幾個小時的時間戴著面具踢足球。“孩子們戴著口罩跑來跑去，呼吸和說話都不成問題，”Kevin說道。他還告訴我們，加州門羅帕克Burgess兒科聯合創始人James Cisco博士測了Kevin家4歲女兒佩戴Flo Mask口罩后的血氧情況，也對這款產品相當認可。看到數據顯示100%，他頻頻點頭。
“Flo Mask提升了兒童口罩的行業標準。硅膠墊獨特，過濾效率高，還可水洗，讓我眼前一亮，”Cisco博士說道。
Nelson實驗室測試顯示，Flo Mask過濾效果可達0.1微米，能有效阻擋超過99.8%的病毒。
參與Flo Mask研發的家庭都免費領到了一只口罩，佩戴起來感到非常滿意。
戴著口罩上飛機的5年級學生Patrick很快就適應了新口罩。“雖然有點壓臉，但相對而言還是很舒適，很快就感覺不到它的存在了，”他說道。
“這款口罩對戴眼鏡的孩子來說特別友好，”他的父親補充道。“戴上口罩呼吸時，眼睛上起霧的問題沒這么嚴重了。”
一個有5歲和10歲孩子的母親表示，這款口罩不僅實用，還顏值在線。
“下巴部位的墊圈密封性很好，口罩立體有型，能保證口罩內部有足夠的空間得以呼吸，”她說道，“而且外觀上也很出眾。”
Flo Masks正式上市
經過兩年時間，打磨了幾十款設計，Flo Mask于2020年12月正式發售。迄今為止，美國有超過2000位兒童正在使用這款口罩，許多家長在亞馬遜網站上表示自己孩子非常喜歡，用戶評價高達4.5分。
Flo Mask配有5個一次性過濾裝置。
“疫情關系，現在口罩的需求更大了，”Kevin說道。“各國國門即將打開，孩子們又要回到學校，或者到處旅行，人們可能會慢慢注意到這款與眾不同的口罩。我還沒找到其他能完成這項任務的解決方案，這是對埃太科三維設備的證明。如果沒有Artec Eva，Flo Mask是不可能實現的。”
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