Dada la capacidad de los robots para realizar trabajos de precisión, existe una creciente demanda y dependencia en el sector médico. Los robots quirúrgicos están diseñados para ayudar a los cirujanos y profesionales médicos y mejorar los procedimientos quirúrgicos. La cirugía robótica permite realizar operaciones mejores y más precisas en menos tiempo.
Este artículo explica los principales requisitos que se deben considerar a la hora de mecanizar y fabricar piezas para robots quirúrgicos. También proporcionamos un estudio de caso de componentes robóticos quirúrgicos mecanizados típicos y enumeramos aplicaciones de robots personalizados en la industria médica.
Ejemplos de dispositivos personalizados asistidos por robots
Se han desarrollado diferentes tipos de robots quirúrgicos, todos destinados a diferentes aplicaciones. Se utilizan para mejorar los tratamientos quirúrgicos existentes o la implantación robótica. A continuación se muestran algunos ejemplos de robots asistidos.
Implantes ortopédicos
Los implantes ortopédicos son un tipo de dispositivo quirúrgico robótico que se utiliza principalmente para reemplazar un hueso o una articulación en el cuerpo humano. Los ejemplos incluyen reemplazos de cadera o rodilla, etc. Para cada uno de estos implantes, las dimensiones y tolerancias deben ser muy precisas debido a sus diversos usos. Los requisitos dimensionales varían de un paciente a otro. Para cada usuario, estos implantes se pueden fabricar a medida utilizando máquinas CNC de precisión, incluido el fresado CNC, el mecanizado por electroerosión, etc.
robot quirúrgico
Los robots quirúrgicos han revolucionado muchos procedimientos médicos, ofreciendo mayor precisión y mejorando las cirugías mínimamente invasivas en diversas especialidades. Durante la cirugía, estos robots complementan significativamente los procedimientos existentes y facilitan la colocación precisa de implantes robóticos. En las operaciones abdominales, por ejemplo, los robots quirúrgicos desempeñan un papel importante en la implantación, ya que garantizan el ajuste preciso de los implantes a cada paciente.
Ciencias de la vida, investigación y equipos de laboratorio.
En las ciencias biológicas y la investigación de laboratorio, los dispositivos robóticos fabricados a máquina están contribuyendo a avances en los procedimientos experimentales y la recopilación de datos. Por ejemplo, brazos robóticos equipados con herramientas especiales ayudan a los investigadores en tareas delicadas como la manipulación y el análisis de muestras. Estos dispositivos robóticos personalizados se pueden construir según especificaciones precisas utilizando técnicas de mecanizado CNC, lo que mejora la eficiencia y precisión de los procesos de laboratorio.
Robótica dental
Al igual que los robots exoesqueletos, los procedimientos dentales también se benefician de los dispositivos asistidos por robots. Los sistemas robóticos se utilizan en varias áreas de la odontología, desde cirugías de implantes dentales hasta preparaciones dentales precisas. Estos sistemas robóticos dentales ayudan a los dentistas a lograr resultados óptimos y al mismo tiempo minimizan las molestias del paciente y los tiempos de recuperación.
Componentes de imágenes robóticas
Estos dispositivos de imágenes médicas son muy utilizados por médicos y cirujanos en cirugías robóticas. Proporcionan una imagen ampliada del área en cuestión, lo que facilita la visión de las partes pequeñas e intrincadas del cuerpo humano. Estos dispositivos deben funcionar con mucha precisión. Para conseguirlo, se utilizan máquinas CNC que fabrican con precisión cada uno de estos componentes.
¿Cómo funciona el mecanizado de precisión en la fabricación robótica asistida quirúrgicamente?
No hay margen de error en la producción de piezas para robots quirúrgicos. El robot quirúrgico requiere movimientos precisos, por lo que se deben garantizar dimensiones y tolerancias extremadamente precisas para producir un ensamblaje preciso.
En los últimos años se han introducido numerosas tecnologías de fabricación que permiten la producción de productos de alta calidad. Gracias a la disponibilidad de máquinas modernas como el mecanizado CNC, el mecanizado por electroerosión y el mecanizado suizo, producir productos complejos, precisos y de alta calidad no es un problema.
A continuación enumeramos algunas tecnologías de fabricación de precisión para el mecanizado de robots quirúrgicos.
Fresado CNC multieje
Equipadas con funciones de fresado, estas máquinas multieje permiten la producción de dispositivos quirúrgicos robóticos complejos e instrumentos quirúrgicos robóticos en una única configuración. Esto reduce el tiempo de fabricación y da como resultado productos rentables. Como sabemos, las fresadoras funcionan con cortadores rotativos que eliminan el material haciendo avanzar los cortadores a lo largo de un camino definido. Además del corte, los procesos de fresado también incluyen taladrado, escariado, etc. Todos los procesos se utilizan para producir un componente robótico quirúrgico.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
La electroerosión es un proceso de mecanizado avanzado especialmente adecuado para ofrecer productos microcomplejos de alta precisión sin comprometer la calidad. Como técnica auxiliar de mecanizado, el proceso consiste en retirar material de una pieza mediante una serie de descargas eléctricas repetidas entre herramientas llamadas electrodos y la pieza a mecanizar en presencia de un fluido dieléctrico.
El procesamiento de robots quirúrgicos implica dimensiones pequeñas y complejas. La electroerosión ayuda en el mecanizado de precisión en la fabricación de piezas para cirugía robótica cumpliendo con las especificaciones requeridas. De esta forma, los fabricantes evitan complicaciones en el montaje y funcionamiento de los robots quirúrgicos.
Torneado de precisión
El torneado de precisión es una operación de mecanizado en la que la pieza gira a alta velocidad mientras una herramienta de corte estacionaria elimina el material. El resultado de este proceso de mecanizado es una forma cilíndrica. Además, el torneado de precisión permite mecanizar con alta precisión piezas con tolerancias y dimensiones muy pequeñas. Son adecuados para mecanizar piezas y componentes en la fabricación de robots quirúrgicos que no pueden fabricarse mediante fresado.
Procesamiento suizo
Es conocido por producir rápidamente piezas extremadamente pequeñas y precisas. Las máquinas constan de una herramienta que se mueve hacia adelante y hacia atrás y crea formas específicas necesarias con mediciones precisas en el rango micrométrico. Debido al tiempo de procesamiento relativamente más rápido, los tiempos de respuesta son más cortos.
Además, las máquinas CNC suizas pueden realizar múltiples operaciones en una configuración, produciendo un lote de piezas complejas de robots médicos en miniatura con poco o ningún margen de error.
Requisitos especiales para robots quirúrgicos en la producción de corte de metales
Los robots quirúrgicos son dispositivos médicos de alta precisión y dispositivos vitales para procedimientos quirúrgicos. Normalmente, los robots quirúrgicos están equipados con brazos robóticos y centros de control. Estos componentes requieren tolerancias estrictas en términos de dimensiones y geometría. Por lo tanto, los fabricantes deben prestar mucha atención a dos aspectos del proceso de mecanizado de estas piezas relevantes: cómo obtener tolerancias estrictas y cómo llevar a cabo una inspección precisa.
Precisión y exactitud
Cuando se trata de sistemas altamente complejos e intrincados del cuerpo humano, los robots quirúrgicos, la implantación robótica y los instrumentos quirúrgicos robóticos se encuentran entre los que se fabrican y utilizan. Todos estos componentes deben ser precisos y exactos. Por lo tanto, al fabricar piezas robóticas quirúrgicas, se debe utilizar un mecanizado de precisión que pueda producir geometrías muy complejas y piezas complicadas con tolerancias estrictas sin concesiones.
Colocar
Los robots quirúrgicos son un grupo de componentes complejos de brazos robóticos ensamblados entre sí. Por tanto, es fundamental garantizar las dimensiones y tolerancias de cada parte del robot asistido. Sólo si cada pieza cumple con tolerancias estrictas se podrá ensamblar perfectamente el dispositivo robótico. Sin embargo, el incumplimiento de este objetivo puede tener graves consecuencias durante las operaciones y provocar fiascos médicos.
inspección
Además del mecanizado de precisión, las inspecciones son igualmente importantes. En la robótica quirúrgica existen piezas de diferentes tamaños y en ocasiones es muy difícil realizar inspecciones de piezas pequeñas. Durante la fabricación, cada una de estas piezas asistidas por robots debe someterse a una inspección detallada. Por ello, el departamento de calidad debe revisar minuciosamente cada pieza in situ para evitar errores posteriores y mejorar el montaje.
Además, al garantizar la calidad del producto, se ahorran costos de producción y se logra un tiempo de respuesta rápido.
¿Por qué elegir el mecanizado CNC de precisión para robots quirúrgicos personalizados?
Los dispositivos médicos requieren una funcionalidad precisa y garantizada. Un pequeño error de estos dispositivos quirúrgicos robóticos durante el funcionamiento puede generar costes enormes, por lo que no hay margen de error. Además, los insertos dentales robóticos, los instrumentos quirúrgicos y los componentes de brazos robóticos deben fabricarse con un alto nivel de precisión y repetibilidad. También se deben garantizar cortes y formas precisos.
Las máquinas CNC son conocidas por permitir un mecanizado preciso y de alta precisión teniendo en cuenta tolerancias estrictas y geometrías complejas. Estos son algunos de los beneficios del mecanizado CNC de precisión para la fabricación de piezas de robots.
Date la vuelta rápidamente
La operación computarizada y la disponibilidad de múltiples herramientas permiten que las máquinas CNC realicen múltiples procesos en la misma configuración, eliminando el tiempo de inactividad causado por el movimiento de piezas de una configuración a otra. Además, el funcionamiento asistido por ordenador también garantiza un mecanizado correcto del producto, teniendo en cuenta dimensiones precisas y tolerancias estrictas. Esto, a su vez, supone un ahorro de tiempo para el departamento de calidad.
El mecanizado CNC preciso garantiza una ejecución más rápida y precisa de los procesos de fabricación, lo que da como resultado una producción más rápida de una mayor cantidad de robots quirúrgicos personalizados en menos tiempo.
Consistencia y garantía de calidad
El mecanizado CNC preciso garantiza un rendimiento constante y de alta calidad en cada etapa de la producción. El control computarizado de las máquinas CNC garantiza que cada componente, ya sea un brazo robótico o un instrumento quirúrgico, se fabrique con especificaciones idénticas.
Además, puede programarse para realizar estrictos controles de calidad durante el proceso de mecanizado del robot quirúrgico. Este monitoreo en tiempo real ayuda a detectar desviaciones de las dimensiones especificadas, lo que permite ajustes inmediatos y garantiza que solo se fabriquen componentes de alta calidad.
Versatilidad en materiales y diseños.
Hay máquinas CNC disponibles para procesar diversos materiales y diseños complejos. Ya sea que los componentes del robot quirúrgico deban mecanizarse a partir de metal, plástico o materiales compuestos, las máquinas CNC de precisión pueden manejar fácilmente una variedad de materiales.
La capacidad de trabajar con geometrías complejas es otra ventaja. Los robots quirúrgicos suelen requerir diferentes diseños para cumplir las funciones requeridas. El mecanizado CNC permite ejecutar estos diseños complejos con precisión, lo que garantiza que los componentes finales cumplan con las especificaciones exactas y funcionen bien en un entorno quirúrgico.
Asegurar el montaje
Para construir un robot quirúrgico es necesario ensamblar varias piezas. Cada una de estas piezas debe encajar perfectamente, de lo contrario el funcionamiento y el funcionamiento podrían resultar fatales. Gracias a la microprecisión y a las funciones asistidas por ordenador, las máquinas CNC permiten que cada pieza mecanizada tenga las dimensiones y tolerancias correctas. Por tanto, el uso de estas máquinas ayuda a obtener el conjunto adecuado necesario para que los robots quirúrgicos realicen sus funciones.
Costo beneficio
Las máquinas CNC pueden utilizar materias primas de manera más eficiente, minimizando así el desperdicio. La precisión y exactitud del mecanizado CNC garantiza que cada componente se fabrique con un mínimo desperdicio de material, lo que contribuye al ahorro de costes y a la sostenibilidad medioambiental.
Al mismo tiempo, el departamento de calidad del CNC está preparado para comprobar la producción de cada pieza en cada etapa e identificar inmediatamente si es necesario retrabajo. De esta manera, los cambios se realizan inmediatamente en lugar de volver a editar todo el producto más tarde. Por tanto, el uso de máquinas CNC en la producción de piezas para robots quirúrgicos permite controlar los costes y aumentar la rentabilidad.
¿Cómo fabricar piezas mecanizadas de precisión para dispositivos quirúrgicos robóticos (con carcasas)?
Caso 1: Soluciones de mecanizado para características y dimensiones críticas en piezas de cirugía robótica
Normalmente, los robots quirúrgicos tienen estructuras mecánicas relativamente complejas, por lo que algunas piezas tienen características diminutas que no son fáciles de fabricar. A continuación se muestra un estudio de caso de una pequeña pieza robótica para equipo quirúrgico.
Principales características y dimensiones.
La imagen de arriba muestra una pequeña parte de acero inoxidable de un brazo robótico asistido quirúrgicamente. La pieza mide 7 x 7 x 22 mm y presenta cortes afilados y ranuras abiertas en los bordes. Como muestra la imagen, el grosor de los cortes es extremadamente fino, apenas 0,1 mm.
Durante las etapas iniciales de este proyecto, discutimos los requisitos del proyecto en detalle con el cliente. Debemos prestar atención a producir todas las funciones con la mayor precisión posible, ya que son cruciales para el funcionamiento del robot quirúrgico. Como este es el punto crucial de todo el proyecto, el cliente se puso en contacto con muchos fabricantes que se negaron a producir estos componentes del robot debido a las altas tasas de rechazo.
Soluciones de mecanizado
Gracias a nuestros muchos años de experiencia y a un equipo altamente cualificado, pudimos producir estas pequeñas piezas robóticas en acero inoxidable y la calidad final cumplió con las expectativas de nuestros clientes.
Caso dos: ¿Cómo garantiza WayKen tolerancias específicas para los componentes de robots quirúrgicos de precisión?
En el caso de los brazos robóticos para cirugía, las piezas de engranajes, como los ejes y las muñecas, son extremadamente importantes porque muchos otros componentes deben trabajar junto con los ejes. Las piezas de eje calificadas pueden garantizar que todo el sistema del robot funcione en buenas condiciones.
Concentricidad general durante el mecanizado.
En los componentes de montaje más importantes del sistema de accionamiento de un robot quirúrgico deben garantizarse determinadas tolerancias geométricas. El más importante de ellos es la concentricidad. Presentaremos un caso para explicar más sobre el tema.
Como muestra el dibujo, existen dos tipos de desviación: desviación radial y desviación axial. Ambos tipos de concentricidad tienen tolerancias muy estrictas. Es bien sabido que la desviación total puede controlar otras tolerancias de forma y posición, p.e. B. Perpendicularidad, concentricidad, concentricidad y paralelismo. Por lo tanto, siempre que la desviación general durante el mecanizado esté bien controlada, también se pueden garantizar las otras dimensiones.
Ruta de procesamiento
Como se mencionó anteriormente, el punto de referencia A es la clave para lograr la desviación general para el orificio de φ2,5 en la pieza. Al mismo tiempo, mecanizar el lado A del punto de referencia y el orificio φ2 se convierte en un comienzo crítico. Por ello, desarrollamos la siguiente ruta de mecanizado para estas piezas mecanizadas para robots quirúrgicos.
El torno utilizado durante toda la fabricación es muy preciso y se utilizó una herramienta de plantilla especial para sujetar la pieza y moverla. En cualquier caso, nuestros ingenieros lograron limitar la tolerancia de compensación a 0,01 mm. Finalmente, se logró la importante concentricidad general para el orificio de φ2,5.
Para la altura del escalón (4,06 mm), el mecanizado continuo del cuerpo del cilindro principal fue la clave para una producción exitosa. Siempre que todo el cilindro se complete de una sola pasada, se puede lograr fácilmente el segundo bypass general.
La clave del éxito de la producción fue el mecanizado continuo del cuerpo del cilindro principal. Cualquier parada durante el proceso de mecanizado podría afectar a la cilindricidad. También comprobamos constantemente la desviación al girar con un comparador. Esto también nos ayudó a garantizar la calidad final de las piezas del robot quirúrgico.
Garantizar los estándares de inspección y entrega.
El problema básico era que la sonda de la máquina de medición de coordenadas era demasiado grande para realizar la inspección y obtener resultados precisos. Para resolver este problema, compramos una sonda única llamada "STAR" de RENISHAW, que está equipada con una cabeza de pasador más pequeña. La nueva herramienta de inspección ayudó mucho a nuestro trabajo de control de calidad final.
Materiales disponibles para mecanizar dispositivos de cirugía robótica
Dependiendo de las diferentes partes de los dispositivos quirúrgicos robóticos, los materiales son diferentes. De hecho, se pueden utilizar materiales tanto metálicos como plásticos para fabricar dispositivos quirúrgicos robóticos. A continuación se muestran algunos ejemplos de metal y plástico.
acero inoxidable
Además, el acero inoxidable es adecuado para mecanizado de alta precisión y los dispositivos médicos normalmente requieren tolerancias estrictas.
aluminio
Además del acero inoxidable, las aleaciones de aluminio son el segundo material más utilizado para estos dispositivos, como AL7075-T6 y AL6061-T6. Se utilizan para fabricar piezas que deben ser más ligeras que el acero inoxidable y más resistentes, como mangos, carcasas y piezas de soporte.
Plástica
En comparación con los metales, los plásticos se utilizan menos en la producción de robots quirúrgicos, pero son perfectos para la verificación preliminar del diseño. CNC, SLA y SLS son las tres tecnologías adecuadas que puede elegir para la revisión del diseño.
El mecanizado CNC ofrece la mayor cantidad de opciones de materiales de las tres tecnologías. Para diferentes componentes, ABS, Nylon, PEEK (con GF), PEI, etc. están disponibles para que usted elija. Cuando no se requieren tolerancias precisas, SLA y SLS son métodos más adecuados. Porque tanto SLA como SLS son extremadamente eficientes y rentables para la verificación temprana del diseño.
Opciones de acabado de superficies para piezas mecanizadas y componentes de robots quirúrgicos
Cuando se trata de dispositivos quirúrgicos, la practicidad y la seguridad son los factores más importantes a considerar durante el tratamiento de superficies. Aquí nos centramos en el aluminio y el acero inoxidable, para los que en la producción actual se encuentran disponibles diferentes opciones de tratamiento de superficies.
La pasivación se utiliza a menudo en acero inoxidable. El objetivo de la pasivación es aplicar un recubrimiento adicional a la superficie del material y así mejorar la resistencia a la corrosión. Hablando de protección contra la corrosión, las piezas de aluminio también deben contar con los métodos necesarios de protección contra la oxidación. Anodizar es un buen método. Después del anodizado, los materiales de aluminio se recubren con una capa adicional de óxido que protege la pieza de futuras reacciones químicas en la superficie.
Consideraciones al elegir un fabricante de CNC para sus proyectos de robots quirúrgicos
Los robots quirúrgicos personalizados tienen algunas aplicaciones definidas, incluidos implantes, instrumentos quirúrgicos robóticos y odontología. Elegir el fabricante de CNC adecuado es crucial para el éxito de sus proyectos de robots quirúrgicos, ya que estos componentes requieren altos estándares de calidad en las operaciones de mecanizado CNC.
Experiencia en materiales
Los fabricantes deben poder producir piezas mecanizadas con precisión para robots asistidos utilizando una variedad de materiales y aleaciones. Esto se puede lograr mediante el uso de tecnologías de procesamiento optimizadas. Además de tolerancias estrictas, también se deben lograr formas complejas, independientemente del desafío que plantee el material utilizado con fines médicos.
Opciones de procesamiento integrales
Un fabricante confiable debe ofrecer opciones de procesamiento integrales y fluidas. Esto incluye mecanizado de precisión, posprocesamiento y estricto control de calidad. Para garantizar estas posibilidades, es necesario disponer de dispositivos de procesamiento precisos. Esto incluye máquinas de electroerosión, máquinas CNC multieje, máquinas CMM, etc. Estas técnicas y equipos de mecanizado garantizan que los productos finales para robots quirúrgicos sean de buena calidad, con tolerancias estrictas y dimensiones precisas.
Acabado y montaje
Los robots quirúrgicos fabricados constan de varias piezas complejas y sistemas de control agrupados. Para que los equipos fabricados garanticen el correcto funcionamiento y funcionamiento durante su uso, las piezas fabricadas deben encajar bien entre sí. Los fabricantes de CNC deben asegurarse de que cada producto se vea bien y se ensamble perfectamente.
Control de calidad
Los productos fabricados deben cumplir con los más altos estándares de calidad. La calidad se puede clasificar como calidad dimensional o calidad estética (uniformidad). Después del procesamiento, el producto pasa por un departamento de inspección que verifica cuidadosamente las dimensiones y tolerancias de cada componente robótico quirúrgico.
Además, los fabricantes de CNC deben comprobar la uniformidad de la superficie de los productos robóticos. Esto garantiza una producción de alta calidad que satisfaga al cliente y al mismo tiempo aumenta la eficiencia y la entrega rápida.
Capacidades de mecanizado de WayKen para piezas y componentes de cirugía robótica
Como fabricante bajo demanda, también producimos diversas piezas y componentes a partir de una amplia variedad de materiales y aleaciones, utilizando una variedad de procesos de fabricación optimizados y tecnologías de mecanizado, incluido el mecanizado CNC personalizado, fresado de 5 ejes, torneado de precisión, mecanizado por electroerosión, anodizado, pasivación. , etc.
Concluyendo
Se están desarrollando robots quirúrgicos personalizados para facilitar las operaciones, ya sea ayudando a médicos y cirujanos con procedimientos o insertando implantes dentales robóticos en el cuerpo humano. Para permitir movimientos y secuencias de movimiento precisos, estos instrumentos y dispositivos quirúrgicos asistidos por robots tienen dimensiones precisas y tolerancias estrictas, dada su compleja funcionalidad.
Preguntas frecuentes
¿Qué son los robots quirúrgicos?
Los robots quirúrgicos son dispositivos de asistencia precisos que ayudan a los cirujanos y médicos a realizar operaciones complejas, como procedimientos ortopédicos. A menudo están equipados con equipos quirúrgicos robóticos, como una cámara y una lupa para ampliar el cuerpo, así como instrumentos quirúrgicos robóticos avanzados y precisos, como pinzas, bisturíes y funciones asistidas por computadora que permiten la planificación y la representación.
¿Cómo puede ayudar el CNC con la fabricación de precisión?
Las máquinas CNC, también conocidas como máquinas controladas por computadora, permiten una fabricación de alta precisión. Estas máquinas están programadas para tener una precisión de centésimas y milésimas de milímetro. Las fresadoras multieje, el mecanizado CNC suizo y el mecanizado por electroerosión son ejemplos de procesos que garantizan un mecanizado de microprecisión y producen piezas en miniatura con extrema precisión.
¿Por qué es importante el mecanizado de precisión?
Los robots quirúrgicos se utilizan en el cuerpo humano, que es notoriamente complejo y complicado. Los instrumentos quirúrgicos robóticos utilizados y la colocación de implantes robóticos deben ser rigurosamente precisos, revisados críticamente y garantizados. El fracaso puede ser fatal.
