Haply Robotics: Rapid Prototyping mit dem Fuse 1 | FormLabs
In diesem Beitrag erfahren wir, wie Haply Robotics verschiedene 3D-Drucktechnologien eingesetzt hat und warum sie einen Fuse 1 gekauft haben.
Durch die Integration von Informatik und Technik ist die Robotik im Gesundheitswesen sehr vielversprechend. Von der Desinfektion von Patientenzimmern bis hin zum Einsatz als Laborassistenten können Roboter ein breites Spektrum von Anwendungen im Gesundheitswesen abdecken. Wenn es um so wichtige medizinische Verfahren wie Operationen geht, ist Präzision das A und O. In Nordamerika sind medizinisch bedingte Fehler für mehr als 400.000 Todesfälle pro Jahr verantwortlich und damit die dritthäufigste Ursache für unnatürliche Todesfälle nach Krebs und Herzkrankheiten. Wie kann die Robotik helfen?
Unter Haply Roboticseinem 2018 gegründeten Unternehmen mit Sitz in Montreal, helfen Roboter Chirurgen bei der Feinabstimmung chirurgischer Verfahren. Haply Robotics entwickelt die nächste Generation von physikalischen Simulationskonsolen, die es mehr als zwei Millionen Chirurgen weltweit ermöglichen, über 260 chirurgische Eingriffe mithilfe modernster Virtual- und Augmented-Reality-Technologien zu perfektionieren. Die als "PlayStation für Chirurgen" bezeichnete Haply-Konsole mit inverser Kraftrückkopplung ermöglicht es Chirurgen, Operationen zu simulieren, bevor sie sie durchführen, mit dem Ziel, das Risiko für Patienten zu verringern und die Operationszeiten zu verkürzen.
Haply Robotics hat den 3D-Druck für das Rapid Prototyping ins Haus geholt und setzt bei seinen Projekten FDM-, SLA- und SLS-3D-Druck ein. In diesem Beitrag erfahren wir, wie Haply Robotics verschiedene 3D-Drucktechnologien eingesetzt hat und warum sie einen Fuse 1 gekauft haben.
Beginn der Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Beatmungsgeräten für COVID-19
Felix Desourdy, Leiter der Abteilung Maschinenbau bei Haply Robotics, sagte, er habe Colin Gallacher und Steve Ding, die Mitbegründer von Haply Robotics, 2018 kennengelernt. "Wir haben uns beim National Research Council of Canada kennengelernt, wo wir in einem Team arbeiteten, das sich mit der haptischen Entwicklung für die Simulation medizinischer Eingriffe befasste. Wir waren alle Fans der neuen Ära, in der man etwas entwerfen und schnell iterieren kann und in der man einfach einen Prototyp nach dem anderen erstellen kann, um die perfekte Idee für das, was man tun möchte, zu entwickeln."
Im Jahr 2020 musste das Team eine wichtige Zusammenarbeit mit der kanadischen Regierung auf Eis legen und beschloss, seine Design- und Robotikfähigkeiten einzusetzen, indem es an der CODE LiFE Ventilator Challenge teilnahm - einem Aufruf an Gerätehersteller, ein kostengünstiges, einfaches, leicht zu verwendendes und leicht zu bauendes Beatmungsgerät zu entwickeln, das Patienten mit COVID-19 helfen könnte.
Mehr als 2.600 Anmeldungen gingen ein, die über 1.000 Teams aus 94 Ländern repräsentierten. Das Haply-Design wurde aufgrund der Einfachheit der Konstruktion und des Betriebs, der Produktionskosten und der einfachen Schulung als das beste Modell ausgewählt.
"Unsere Erfahrung mit der CODE LiFE Ventilator Challenge war eine unglaubliche Herausforderung, aber eine der lohnendsten Erfahrungen, die wir als Team gemacht haben. Motiviert wurden wir durch die Unterschiede zwischen Industrie- und Entwicklungsländern beim Zugang zu lebenswichtigen medizinischen Technologien wie Beatmungsgeräten, die von COVID-19 hervorgehoben wurden. Wir sind dem Organisationskomitee und insbesondere Prof. Reza Farivar, der Montreal General Hospital Foundation, dem RI-MUHC und der McGill-Fakultät für Ingenieurwissenschaften unglaublich dankbar, dass sie eine so sinnvolle Initiative auf die Beine gestellt haben", sagte Colin Gallacher, Mitbegründer von Haply Robotics.
Haply setzte bei der Entwicklung des Beatmungsgeräts den 3D-Druck ein und verwendete Form 3 und Tough Resin, um die Innenteile des Geräts herzustellen. Der hauseigene 3D-Druck ermöglichte es dem Team, die endgültigen Teile für das Innere des Beatmungsgeräts zu erstellen und so schnell ein Design zu entwickeln, das den Wettbewerb gewinnen und die Verfügbarkeit von Beatmungsgeräten während der Pandemie verbessern konnte.
Das 3D-gedruckte Innenleben des Haply-Ventilators.
"Tough Resin war für dieses Projekt ideal, weil es versiegelt werden kann. Wir konnten in das Harz bohren, Fittings einsetzen und es war nicht undicht. Es ist dem ABS sehr ähnlich", so Desourdy.
Lesen Sie mehr über die Ventilator-Challenge
Rapid Prototyping für das perfekte Design
Mit den Erkenntnissen aus der Entwicklung des COVID-19-Beatmungsgeräts arbeitete das Team an seinem Hauptprojekt weiter: der Entwicklung von Haptik für die Simulation medizinischer Eingriffe.
Schnelles Prototyping Das ist der Hauptgrund, warum Haply in den hauseigenen 3D-Druck investiert hat. Mit Desktop-Druckern druckt das Team mehrere Iterationen komplexer Teile, bis es die perfekte Form gefunden hat. Desourdy nannte zwei Hauptgründe, warum Iterationen so wichtig sind: Ergonomie und die richtige Geometrie. Er sagte: "Wir sind Fans der neuen Ära des Designs: Wir erstellen Prototypen nach Prototypen, bis wir die perfekte Form gefunden haben. Und alles, was wir machen, hat eine großartige Größe für den 3D-Druck".
Haply hat Dutzende von Iterationen für seine inverse Force-Feedback-Konsole durchlaufen
Das Team investierte ursprünglich in FDM-Druckeraufgrund ihres niedrigen Preises und ihrer schnellen Druckgeschwindigkeit. Diese Maschinen erfüllten ursprünglich die Ziele des Teams für das Rapid Prototyping. Im Laufe der Zeit wollte das Team jedoch Prototypen bauen, die mehr dem Aussehen und der Arbeit entsprechen und daher in höherer Qualität gedruckt werden mussten. Schließlich kauften sie ein Form 2 und dann ein Form 3 für den hochauflösenden Druck.
"Wir arbeiten oft um die Hände der Menschen herum, besonders im chirurgischen Simulator. Man muss in der Lage sein, immer wieder zu iterieren", sagte Desourdy. "Wir haben iteriert, um ein steiferes Gerät zu bekommen und ein wenig mehr Verständnis dafür zu erlangen, was es steif macht, ohne zunächst das Material zu ändern, und um die richtige Geometrie für das zu haben, was man tun will. So wie ich es sehe, arbeitet man iterativ an etwas, das eine bessere Geometrie hat, und wenn wir fertig sind, ist es einfach, das Material zu ändern, um etwas Steiferes zu bekommen. Aber um die Geometrie zu ändern, muss man schon ein bisschen weiter gehen, um das zu können."
Der geschlossene Roboterarm.
Prototyping von Endverbraucherteilen mit dem Fuse 1
Als Haply Robotics die Herstellung von Prototypen für seinen Roboterarm fortsetzte, führte das Unternehmen mit dem Fuse 1 den SLS-3D-Druck im eigenen Haus ein. Der Grund dafür ist, dass die mit der Fuse 1 hergestellten Nylonteile dem vom Team gewünschten Endprodukt näher kommen. Zuvor wurden die Prototypen aus Nylon extern hergestellt, was eine Reihe von Problemen mit sich brachte. "Mit der Fuse 1 ist das Prototyping auf einem ganz neuen Niveau. Wir bekommen ein Teil in zwei statt fünf Tagen, und ich werde etwas aus Nylon haben, das näher am Endprodukt ist. Da der Drucker im Haus steht, kennt man die Toleranzen der Maschine und des Materials. Die Präzision von allem ist einfach viel besser", so Desourdy.
Das Team war in der Lage, mit dem Fuse 1 einen funktionsfähigen Knopf zu drucken.
Desourdy fügte hinzu, dass das Outsourcing weniger Kontrolle über die Ergebnisse bedeutet. "Wenn man es rausschickt, hat man nicht unbedingt die richtige Ausrichtung oder die richtige Spezifikation dafür, und man weiß nicht, welchen Drucker die Agentur hat oder wie gut sie ihn wartet, also weiß man nicht, welches Ergebnis man bekommt", sagte er. "Ich denke, dass die Möglichkeit, diese Dinge so schnell zu iterieren, das Wertvollste ist, was man haben kann."
Eine weitere Überlegung für kleine, aber wachsende Unternehmen wie Haply Robotics ist der oft enge Platz in ihrem wachsenden Büro. Die meisten herkömmlichen SLS-3D-Drucker nehmen viel Platz in Anspruch und sind oft schwer unterzubringen. Der Fuse 1 bietet eine relativ kompakte Größe und liefert gleichzeitig eine hohe Produktionsleistung. "Der Fuse ist ganz nett, weil er nicht so groß ist. Er braucht zwar mehr Platz als ein normaler Desktop-3D-Drucker, aber wenn man ihn mit einer industriellen Maschine vergleicht, die in diese Art von Produktion einsteigt, ist er wirklich sehr klein", sagte Desourdy. Ihm zufolge hat das Team die Investition in einen HP SLS-Drucker in Erwägung gezogen, aber die Größe des Geräts war ein Hindernis. Er fügte hinzu: "Wenn man sich industrielle Maschinen ansieht, ist der Fuse 1 klein im Vergleich zu dem, was es sonst noch gibt."
Jessica Henry, Produktverantwortliche bei Haply, sagte, dass der 3D-Druck mit dem Fuse 1 ihren Prozess rationalisiert und automatisiert. Henry sagte, dass die Erfassung von Details, wie subtil sie auch sein mögen, der Schlüssel zum 3D-Druck ist. "Wir können ein kleines Detail ändern, und der Roboterarm läuft völlig reibungslos, und wir können selbst die kleinsten Details bei jedem Druck ändern", so Henry. Und mit dem Fuse 1 kann das Team mehrere Teile pro Druckzyklus drucken und so die Anzahl der Roboterarme, die gleichzeitig produziert werden können, erhöhen. Um dieses Leistungsniveau zu erreichen, müsste das Team mehrere FDM-Maschinen kaufen, würde aber immer noch nicht die Anforderungen an die Teileleistung erfüllen.
Ein weiterer großer Vorteil des Fuse 1 gegenüber FDM und SLA ist das Fehlen von Stützstrukturen an den Teilen.
Desourdy sagte, er habe das sofort bemerkt: "Wenn ich für FDM entwerfe, weiß ich, dass ich eine flache Oberfläche für Stützen benötige, oder eine Oberfläche, die hässlich ist. Selbst bei einem Harzdrucker muss eine Seite die Stützen halten. Der Fuse 1 hat die Art und Weise, wie ich Teile entwerfe, verändert, da er ohne Stützen druckt. In jeder Ausrichtung bleiben die Details erhalten. Diese Veränderung wirkt sich sogar auf den Designprozess aus. Desourdy fügt hinzu: "Ich mache mir weniger Gedanken über den 3D-Druckprozess und konzentriere mich mehr auf das Design, auf das ich mich eigentlich konzentrieren möchte."
Um ihren Prototypen noch mehr Leben einzuhauchen, sucht das Team nach Lösungen für das Einfärben oder Lackieren ihrer nachbearbeiteten Teile.
Das Gehäuse des Roboterarms, bedruckt mit Nylon und lackiert.
Erfahren Sie mehr über Fuse 1
Obwohl der Fuse 1 derzeit für Prototypen verwendet wird, hat Haply Robotics vor, den Fuse 1 auch für Endverbrauchsteile zu verwenden. "Nach dem, was ich gesehen habe, wird es für die Kleinserienfertigung einfach zu machen sein. Es wird super interessant sein. Es gibt einen Teil, der für die Prototypenherstellung bestimmt ist. Ein anderer Teil ist für die Endanwendung bestimmt", sagte Desourdy. Henry fügte hinzu: "Das Produkt wird nie veraltet sein, wenn man immer Teile auf der Maschine hinzufügen oder optimieren kann."
Der Fuse 1 wird derzeit von einer Reihe von Herstellern im Gesundheitswesen eingesetzt, darunter Unternehmen, die an medizinischen Geräten arbeiten. Firmen wie Partial Hand Solutions und Tension Square setzen den Fuse 1 ein, um patientenspezifische Prothesenlösungen und Geräte zur Unterstützung von kollabierten Lungen zu entwickeln, und setzen den SLS-3D-Druck zum ersten Mal im eigenen Haus ein.
"Ich wollte schon immer einen SLS-Drucker haben, aber zu den derzeitigen Preisen waren sie unerreichbar. Der Fuse 1 ist perfekt für kleine Unternehmen wie Partial Hand Solutions".
