Die Roboterchirurgie ermöglicht es Ärzten, komplexe medizinische Eingriffe mit größerer Präzision, Kontrolle und Flexibilität durchzuführen. Nach Angaben der Mayo Clinic gehören zu den Vorteilen der robotergestützten Chirurgie weniger Schmerzen und Blutverlust, kürzere Erholungszeiten und kleinere Narben. Diese minimal-invasiven Verfahren können auch die Rate von Komplikationen wie Infektionen an der Operationsstelle verringern. Mit den heutigen chirurgischen Robotern können Ärzte sogar hochauflösende Ansichten mit Bildgebungstechnologien erstellen, die dem bloßen Auge überlegen sind.
Der 3D-Druck, eine Form der additiven Fertigung, kann die robotergestützte Chirurgie unterstützen, aber nicht alle 3D-Drucker können die erforderliche hohe Präzision erreichen. Bei Roboterbaugruppen benötigen 3D-gedruckte Komponenten enge Toleranzen für das Zusammenfügen der Teile. Für einige Anwendungen, wie z. B. weiche Roboterendoskope, sind auch mikroskalige Teilegrößen sowie eine extrem hohe Auflösung und Genauigkeit erforderlich. Komplexe 3D-gedruckte Teile mit kleinen Merkmalen können minimal-invasive Verfahren unterstützen, aber das ist nicht alles, was es zu beachten gilt.
Für Anwendungen mit Kontakt zu Weichgewebe müssen 3D-gedruckte Teile für Chirurgieroboter aus biokompatiblen und sterilisierbaren Materialien bestehen. Die Oberflächen dieser hochpräzisen Komponenten müssen glatt sein, und die Konstrukteure wollen die Freiheit haben, 3D-gedruckte Teile mit Nicht-3DP-Komponenten wie Sensoren und Aktoren zu integrieren. Nach Angaben des National Center for Biotechnology Information verwenden die meisten Chirurgieroboter, die additive Fertigung einsetzen, diese für komplexe, kompakte und anpassbare Teile.
PµSL 3D-Druck für chirurgische Robotik
Als in den 1980er Jahren der erste Chirurgieroboter, der PUMA 560, entwickelt wurde, waren Mikrospritzguss und CNC-Bearbeitung die wichtigsten Methoden zur Herstellung von Prototypen und hochpräzisen Teilen. Aufgrund ihrer Werkzeugkosten und Durchlaufzeiten schränkten diese traditionellen Fertigungsformen jedoch die Geschwindigkeit und den Umfang der Innovation ein. Rapid Prototyping für patientenspezifische Lösungen war besonders unpraktisch, da hohe Stückzahlen erforderlich sind, um die Werkzeugkosten zu amortisieren.
Heute trägt der 3D-Druck mit Projection Micro Stereolithography (PµSL) zur Weiterentwicklung der chirurgischen Robotik bei. Die PµSL-Technologie kombiniert höchste Präzision, Auflösung und Genauigkeit mit der Verwendung biokompatibler Materialien, die sterilisiert werden können. Besonders wichtig ist, dass PµSL Teile für chirurgische Roboter wesentlich schneller herstellt als herkömmliche Mikrofabrikationstechniken. Andere Formen des 3D-Drucks können ebenfalls den Bedarf an Werkzeugen eliminieren, aber PµSL arbeitet auf der Mikroskala mit einer erstklassigen Auflösung.
Beim PµSL-3D-Druck wird ein lichtempfindliches flüssiges Harz mit ultraviolettem (UV) Licht bestrahlt, so dass eine schnelle Photopolymerisation eines ganzen Harzes stattfindet. Die Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP-DLW), eine weitere 3D-Drucktechnologie, kann ebenfalls kleine Teile mit ultrahoher Präzision herstellen, ist aber ein viel langsamerer Prozess. Mit der herkömmlichen Stereolithografie (SLA) lassen sich überhaupt keine hochpräzisen Teile herstellen, und das Fused Deposition Modeling (FDM) ist auf Teile mit geringer Präzision und rauen Oberflächen beschränkt.
Hochpräzise 3D-gedruckte Teile für Chirurgieroboter
Für chirurgische Roboter gibt es zwei Hauptanwendungen für hochpräzise 3D-gedruckte Teile: Scopes und chirurgische Instrumente. Endoskope bestehen aus einer winzigen Kamera, die an einem langen, dünnen Rohr befestigt ist, das sich durch einen Körperdurchgang oder eine Öffnung bewegt. Zu den chirurgischen Instrumenten können Endoskope gehören, aber diese Kategorie von 3D-gedruckten Teilen umfasst auch viele andere Arten von Geräten, die im Endeffektor eines Roboters gehalten werden, der es dem chirurgischen Roboter ermöglicht, mit dem Patienten zu interagieren.
Für beide Arten von Anwendungen in der chirurgischen Robotik kann die PµSL-Technologie mikroskalige Teile mit Auflösungen im Submillimeterbereich herstellen. Als die Universität von Leeds beispielsweise weiche Endoskope benötigte, erzielte Dr. James Chandler mit dem MicroArch® S140, einem 10-µm-Serien-3D-Drucker von Boston Micro Fabrication (BMF), "fantastische Ergebnisse", wie er sagt. Die ultrahochauflösenden 3D-Drucker von BMF können auch die Anwendungsmöglichkeiten der chirurgischen Robotik durch die Unterstützung von chirurgischen Instrumenten wie Mikronadeln und durch Anwendungen, die Sensoren und Mikroelektronik umfassen, erweitern.
Heute ist BMF das einzige Unternehmen weltweit, das eine 3D-Drucklösung anbietet, die dem Präzisionsspritzguss in Bezug auf Auflösung, Größe und Toleranz entspricht. Die mikroskaligen 3D-Drucker von BMF konkurrieren auch in Bezug auf die Oberflächenqualität mit herkömmlichen Mikrofabrikationsverfahren, was für die chirurgische Robotik und andere Anwendungen, die glatte Oberflächen erfordern, wichtig ist. "Wenn wir die Teile aus dem Drucker holen", sagt Dr. Chandler von der Universität Leeds, "fühlen sie sich an wie Spritzgussteile".
Wenn Sie mehr über hochpräzise 3D-gedruckte Teile für die chirurgische Robotik erfahren möchten, wenden Sie sich an BMF.
