Dada a capacidade dos robôs para realizar trabalhos de precisão, existe uma procura e dependência crescentes no setor médico. Os robôs cirúrgicos são projetados para auxiliar cirurgiões e profissionais médicos e melhorar os procedimentos cirúrgicos. A cirurgia robótica permite que operações melhores e mais precisas sejam realizadas em menos tempo.
Este artigo explica os principais requisitos que devem ser considerados ao usinar e fabricar peças para robôs cirúrgicos. Também fornecemos um estudo de caso de componentes robóticos cirúrgicos usinados típicos e listamos as aplicações de robôs personalizados na indústria médica.
Exemplos de dispositivos personalizados assistidos por robôs
Diferentes tipos de robôs cirúrgicos foram desenvolvidos, todos voltados para diferentes aplicações. Eles são usados para melhorar tratamentos cirúrgicos existentes ou implantação robótica. Abaixo estão alguns exemplos de robôs assistidos.
Implantes ortopédicos
Os implantes ortopédicos são um tipo de dispositivo cirúrgico robótico usado principalmente para substituir um osso ou articulação do corpo humano. Os exemplos incluem substituições de quadril ou joelho, etc. Para cada um desses implantes, as dimensões e tolerâncias devem ser muito precisas devido às suas diversas utilizações. Os requisitos dimensionais variam de paciente para paciente. Para cada usuário, esses implantes podem ser feitos sob medida usando máquinas CNC precisas, incluindo fresagem CNC, usinagem EDM, etc.
Robô cirúrgico
Os robôs cirúrgicos revolucionaram muitos procedimentos médicos, oferecendo maior precisão e melhorando cirurgias minimamente invasivas em diversas especialidades. Durante a cirurgia, esses robôs complementam significativamente os procedimentos existentes e facilitam a colocação precisa de implantes robóticos. Nas operações abdominais, por exemplo, os robôs cirúrgicos desempenham um papel importante na implantação, pois garantem o ajuste preciso dos implantes a cada paciente.
Ciências da vida, pesquisa e equipamentos de laboratório
Nas ciências da vida e na pesquisa laboratorial, dispositivos robóticos feitos por máquinas estão contribuindo para avanços nos procedimentos experimentais e na coleta de dados. Por exemplo, braços robóticos equipados com ferramentas especiais ajudam os pesquisadores em tarefas delicadas, como manuseio e análise de amostras. Esses dispositivos robóticos personalizados podem ser construídos de acordo com especificações precisas usando técnicas de usinagem CNC, melhorando a eficiência e a precisão dos processos de laboratório.
Robótica dentária
Assim como os robôs exoesqueletos, os procedimentos odontológicos também se beneficiam de dispositivos robóticos assistidos. Os sistemas robóticos são utilizados em diversas áreas da odontologia, desde cirurgias de implantes dentários até preparos dentários precisos. Esses sistemas robóticos odontológicos ajudam os dentistas a obter resultados ideais, ao mesmo tempo que minimizam o desconforto do paciente e os tempos de recuperação.
Componentes de imagem robótica
Esses dispositivos de imagens médicas são extremamente comumente usados por médicos e cirurgiões em cirurgias robóticas. Eles fornecem uma imagem ampliada da área em questão, facilitando a visualização das pequenas e intrincadas partes do corpo humano. Esses dispositivos devem funcionar com muita precisão. Para isso, são utilizadas máquinas CNC para a fabricação precisa de cada um desses componentes.
Como funciona a usinagem de precisão na fabricação robótica assistida cirurgicamente?
Não há margem para erros na produção de peças para robôs cirúrgicos. O robô cirúrgico requer movimentos precisos, portanto dimensões e tolerâncias extremamente precisas devem ser garantidas para produzir uma montagem precisa.
Nos últimos anos, foram introduzidas inúmeras tecnologias de fabricação que permitem a produção de produtos de alta qualidade. Graças à disponibilidade de máquinas modernas, como usinagem CNC, usinagem EDM e usinagem suíça, produzir produtos de alta qualidade, precisos e complexos não é um problema.
Abaixo listamos algumas tecnologias de fabricação de precisão para usinagem de robôs cirúrgicos.
Fresamento CNC multieixos
Equipadas com funções de fresagem, essas máquinas multieixos permitem a produção de dispositivos cirúrgicos robóticos complexos e instrumentos cirúrgicos robóticos em uma única configuração. Isso reduz o tempo de fabricação e resulta em produtos econômicos. Como sabemos, as fresadoras trabalham com fresas rotativas que removem material avançando as fresas ao longo de um caminho definido. Além do corte, os processos de fresagem também incluem perfuração, alargamento, etc. Todos os processos são usados para produzir um componente robótico cirúrgico.
Usinagem por descarga elétrica (EDM)
A EDM é um processo de usinagem avançado particularmente adequado para fornecer produtos microcomplexos de alta precisão sem comprometer a qualidade. Como técnica auxiliar de usinagem, o processo envolve a remoção de material de uma peça por meio de uma série de descargas elétricas repetidas entre ferramentas chamadas eletrodos e a peça sendo usinada na presença de um fluido dielétrico.
O processamento de robôs cirúrgicos envolve dimensões pequenas e complexas. A EDM auxilia na usinagem de precisão na fabricação de peças para cirurgia robótica, atendendo às especificações exigidas. Desta forma, os fabricantes evitam complicações na montagem e funcionamento dos robôs cirúrgicos.
Torneamento de precisão
O torneamento de precisão é uma operação de usinagem na qual a peça gira em alta velocidade enquanto uma ferramenta de corte fixa remove o material. O resultado deste processo de usinagem é uma forma cilíndrica. Além disso, o torneamento de precisão permite que peças com tolerâncias e dimensões muito pequenas sejam usinadas com alta precisão. São adequados para usinagem de peças e componentes na fabricação de robôs cirúrgicos que não podem ser fabricados por fresagem.
Processamento suíço
É conhecida por produzir peças extremamente pequenas e precisas com rapidez. As máquinas consistem em uma ferramenta que se move para frente e para trás e cria formas específicas necessárias com medições precisas na faixa do micrômetro. Devido ao tempo de processamento relativamente mais rápido, os tempos de resposta são mais curtos.
Além disso, as máquinas CNC suíças podem realizar múltiplas operações em uma configuração, produzindo um lote de peças complexas de robôs médicos em miniatura com pouca ou nenhuma margem de erro.
Requisitos especiais para robôs cirúrgicos na produção de corte de metal
Os robôs cirúrgicos são dispositivos médicos de alta precisão e dispositivos vitais para procedimentos cirúrgicos. Normalmente, os robôs cirúrgicos são equipados com braços robóticos e centros de controle. Esses componentes exigem tolerâncias restritas em termos de dimensões e geometria. Portanto, os fabricantes precisam prestar muita atenção a dois aspectos no processo de usinagem dessas peças relevantes: como obter tolerâncias rígidas e como realizar uma inspeção precisa.
Precisão e exatidão
Quando se trata de sistemas altamente complexos e intrincados do corpo humano, robôs cirúrgicos, implantação robótica e instrumentos cirúrgicos robóticos estão entre os fabricados e usados. Todos esses componentes devem ser precisos e exatos. Portanto, ao fabricar peças robóticas cirúrgicas, deve-se usar usinagem de precisão que possa produzir geometrias altamente complexas e peças complicadas com tolerâncias restritas sem compromisso.
Conjunto
Os robôs cirúrgicos são um grupo de componentes complexos de braços robóticos montados juntos. Portanto, é crucial garantir dimensões e tolerâncias para cada parte do robô assistido. Somente se cada peça obedecer a tolerâncias estritas o dispositivo robótico poderá ser montado perfeitamente. No entanto, o não cumprimento deste objetivo pode ter consequências graves durante as operações e levar a fiascos médicos.
inspeção
Além da usinagem de precisão, as inspeções são igualmente importantes. Na robótica cirúrgica, existem peças de tamanhos diferentes e às vezes é muito difícil realizar inspeções de peças pequenas. Durante a fabricação, cada uma dessas peças feitas por robôs assistidos deve passar por uma inspeção detalhada. Portanto, o departamento de qualidade deve verificar cuidadosamente cada peça no local para evitar erros posteriores e melhorar a montagem.
Além disso, ao garantir a qualidade do produto, os custos de produção são economizados e um tempo de resposta rápido é alcançado.
Por que escolher a usinagem CNC de precisão para robôs cirúrgicos personalizados?
Os dispositivos médicos exigem funcionalidade precisa e garantida. Um pequeno erro desses dispositivos cirúrgicos robóticos durante a operação pode causar custos enormes, portanto não há margem para erros. Além disso, insertos dentários robóticos, instrumentos cirúrgicos e componentes de braços robóticos devem ser fabricados com alto nível de precisão e repetibilidade. Cortes e formas precisas também devem ser garantidos.
As máquinas CNC são conhecidas por permitir usinagem precisa e de alta precisão, levando em consideração tolerâncias rígidas e geometrias complexas. Aqui estão alguns dos benefícios da usinagem CNC de precisão para a fabricação de peças de robôs.
Vire-se rapidamente
A operação computadorizada e a disponibilidade de múltiplas ferramentas permitem que as máquinas CNC executem vários processos na mesma configuração, eliminando o tempo de inatividade causado pela movimentação de peças de uma configuração para outra. Além disso, a operação auxiliada por computador também garante a correta usinagem do produto, levando em consideração dimensões precisas e tolerâncias restritas. Isto, por sua vez, leva a economia de tempo para o departamento de qualidade.
A usinagem CNC precisa garante uma execução mais rápida e precisa dos processos de fabricação, resultando na produção mais rápida de uma maior quantidade de robôs cirúrgicos personalizados em menos tempo.
Consistência e garantia de qualidade
A usinagem CNC precisa garante desempenho consistente e de alta qualidade em todas as etapas de produção. O controle informatizado das máquinas CNC garante que cada componente, seja um braço robótico ou um instrumento cirúrgico, seja fabricado com especificações idênticas.
Além disso, pode ser programado para realizar rigorosos controles de qualidade durante o processo de usinagem do robô cirúrgico. Este monitoramento em tempo real ajuda a detectar desvios das dimensões especificadas, permitindo ajustes imediatos e garantindo que apenas componentes de alta qualidade sejam fabricados.
Versatilidade em materiais e designs
Máquinas CNC estão disponíveis para processar vários materiais e designs complexos. Quer os componentes do robô cirúrgico precisem ser usinados em metal, plástico ou materiais compósitos, as máquinas CNC de precisão podem lidar facilmente com uma variedade de materiais.
A capacidade de trabalhar com geometrias complexas é outra vantagem. Os robôs cirúrgicos geralmente exigem designs diferentes para cumprir as funções exigidas. A usinagem CNC permite que esses projetos complexos sejam executados com precisão, garantindo que os componentes finais atendam às especificações exatas e tenham um bom desempenho em um ambiente cirúrgico.
Garanta a montagem
Para construir um robô cirúrgico é necessário montar diversas peças. Cada uma destas peças deve encaixar perfeitamente, caso contrário o funcionamento e as operações podem ser fatais. Graças à microprecisão e às funções auxiliadas por computador, as máquinas CNC permitem que cada peça usinada tenha as dimensões e tolerâncias corretas. Portanto, a utilização dessas máquinas auxilia na obtenção da montagem adequada necessária para que os robôs cirúrgicos desempenhem suas funções.
Custo benefício
As máquinas CNC podem utilizar matérias-primas de forma mais eficiente, minimizando assim o desperdício. A precisão e exatidão da usinagem CNC garantem que cada componente seja fabricado com o mínimo de desperdício de material, contribuindo para economia de custos e sustentabilidade ambiental.
Ao mesmo tempo, o departamento de qualidade CNC está preparado para verificar a produção de cada peça em cada etapa e identificar imediatamente se é necessário retrabalho. Dessa forma, as alterações são feitas imediatamente, em vez de reeditar todo o produto posteriormente. Portanto, a utilização de máquinas CNC na produção de peças para robôs cirúrgicos permite o controle de custos e aumenta a lucratividade.
Como fazer peças usinadas de precisão para dispositivos cirúrgicos robóticos (com invólucros)?
Caso 1: Soluções de usinagem para características e dimensões críticas em peças de cirurgia robótica
Normalmente, os robôs cirúrgicos têm estruturas mecânicas relativamente complexas, de modo que algumas peças possuem características minúsculas que não são fáceis de fabricar. Aqui está um estudo de caso de uma pequena peça robótica para equipamento cirúrgico.
Principais características e dimensões
A imagem acima mostra uma pequena peça de aço inoxidável de um braço robótico assistido cirurgicamente. A peça mede 7 x 7 x 22 mm e apresenta cortes afiados e ranhuras abertas nas bordas. Como mostra a imagem, a espessura dos cortes é extremamente fina, apenas 0,1mm.
Durante os estágios iniciais deste projeto, discutimos detalhadamente os requisitos do projeto com o cliente. Devemos prestar atenção para produzir todas as funções com a maior precisão possível, pois estas são cruciais para o funcionamento do robô cirúrgico. Como este é o ponto crucial para todo o projeto, houve muitos fabricantes contactados pelo cliente que se recusaram a produzir estes componentes do robô devido às altas taxas de rejeição.
Soluções de usinagem
Graças aos nossos muitos anos de experiência e a uma equipa altamente qualificada, conseguimos produzir estas pequenas peças robóticas em aço inoxidável e a qualidade final correspondeu às expectativas dos nossos clientes.
Caso dois: Como a WayKen garante tolerâncias específicas para componentes de robôs cirúrgicos de precisão?
Para braços robóticos para cirurgia, peças de engrenagem, como eixos e pulsos, são extremamente importantes porque muitos outros componentes precisam trabalhar juntos com os eixos. Peças de eixo qualificadas podem garantir que todo o sistema do robô funcione em boas condições.
Concentricidade geral durante a usinagem
Certas tolerâncias geométricas devem ser garantidas para os componentes de montagem mais importantes no sistema de acionamento de um robô cirúrgico. O mais importante deles é a concentricidade. Apresentaremos um caso para explicar mais sobre o assunto.
Como mostra o desenho, existem dois tipos de desvio – desvio radial e desvio axial. Ambos os tipos de concentricidade têm tolerâncias muito restritas. É bem conhecido que o desvio total pode controlar outras tolerâncias de forma e posição, por ex. B. Perpendicularidade, concentricidade, concentricidade e paralelismo. Portanto, desde que o desvio geral durante a usinagem seja bem controlado, as outras dimensões também podem ser garantidas.
Rota de processamento
Como mencionado acima, o ponto de referência A é a chave para alcançar o desvio geral para o furo φ2,5 na peça. Ao mesmo tempo, a usinagem do lado A do ponto de referência e do furo φ2 torna-se um início crítico. Portanto, desenvolvemos a seguinte rota de usinagem para essas peças usinadas para robôs cirúrgicos.
O torno utilizado em toda a fabricação é bastante preciso e uma ferramenta especial de gabarito foi usada para fixar a peça para deslocamento da peça. De qualquer forma, os nossos engenheiros conseguiram limitar a tolerância de deslocamento a 0,01 mm. Finalmente, a importante concentricidade geral para o furo φ2,5 foi alcançada.
Para a altura do degrau (4,06 mm), a usinagem contínua do corpo do cilindro principal foi a chave para uma produção bem-sucedida. Contanto que todo o cilindro seja concluído em uma passagem, o segundo desvio geral pode ser facilmente alcançado.
A chave para o sucesso da produção foi a usinagem contínua do corpo do cilindro principal. Pois qualquer parada durante o processo de usinagem poderá afetar a cilindricidade. Também verificamos constantemente o desvio ao girar com um relógio comparador. Isso também nos ajudou a garantir a qualidade final das peças do robô cirúrgico.
Garantindo padrões de inspeção e entrega
O problema básico era que a sonda da máquina de medição por coordenadas era muito grande para realizar a inspeção e obter resultados precisos. Para resolver este problema, adquirimos uma sonda exclusiva chamada “STAR” da RENISHAW, que é equipada com uma cabeça de pino menor. A nova ferramenta de inspeção ajudou nosso controle de qualidade final a funcionar muito bem.
Materiais disponíveis para usinagem de dispositivos de cirurgia robótica
Dependendo das diferentes partes dos dispositivos cirúrgicos robóticos, os materiais são diferentes. Na verdade, tanto materiais metálicos quanto plásticos podem ser usados para fabricar dispositivos cirúrgicos robóticos. Abaixo estão alguns exemplos de metal e plástico.
aço inoxidável
Além disso, o aço inoxidável é adequado para usinagem de alta precisão e os dispositivos médicos normalmente exigem tolerâncias restritas.
alumínio
Além do aço inoxidável, as ligas de alumínio são o segundo material mais utilizado para esses dispositivos, como AL7075-T6 e AL6061-T6. Eles são usados para fabricar peças que precisam ser mais leves que o aço inoxidável e resistentes, como puxadores, carcaças e peças de suporte.
Plásticos
Em comparação com os metais, os plásticos são menos utilizados na produção de robôs cirúrgicos, mas são perfeitos para verificação preliminar de projetos. CNC, SLA e SLS são as três tecnologias adequadas que você pode escolher para revisão de projeto.
A usinagem CNC oferece o maior número de opções de materiais das três tecnologias. Para diferentes componentes, ABS, Nylon, PEEK (com GF), PEI etc. estão disponíveis para você escolher. Quando não são necessárias tolerâncias precisas, SLA e SLS são métodos mais adequados. Porque tanto o SLA quanto o SLS são extremamente eficientes e econômicos para verificação antecipada do projeto.
Opções de acabamento superficial para peças usinadas e componentes de robôs cirúrgicos
Quando se trata de dispositivos cirúrgicos, a praticidade e a segurança são os fatores mais importantes a serem considerados durante o tratamento de superfície. Aqui nos concentramos em alumínio e aço inoxidável, para os quais estão disponíveis diferentes opções de tratamento de superfície na produção real.
A passivação é frequentemente usada em aço inoxidável. O objetivo da passivação é aplicar um revestimento adicional à superfície do material e assim melhorar a resistência à corrosão. Falando em proteção contra corrosão, as peças de alumínio também devem ter os métodos de proteção contra oxidação necessários. A anodização é um bom método. Após a anodização, os materiais de alumínio são revestidos com uma camada adicional de óxido que protege a peça de futuras reações químicas na superfície.
Considerações ao escolher um fabricante CNC para seus projetos de robôs cirúrgicos
Os robôs cirúrgicos personalizados têm algumas aplicações definidas, incluindo implantes, instrumentos cirúrgicos robóticos e odontologia. Escolher o fabricante CNC certo é crucial para o sucesso de seus projetos de robôs cirúrgicos, pois esses componentes exigem altos padrões de qualidade nas operações de usinagem CNC.
Experiência em materiais
Os fabricantes devem ser capazes de produzir peças usinadas com precisão para robôs assistidos usando uma variedade de materiais e ligas. Isto pode ser alcançado através do uso de tecnologias de processamento otimizadas. Além de tolerâncias restritas, também devem ser alcançadas formas complexas, independentemente do desafio colocado pelo material utilizado para fins médicos.
Opções de processamento abrangentes
Um fabricante confiável deve oferecer opções de processamento abrangentes e contínuas. Isso inclui usinagem de precisão, pós-processamento e rigoroso controle de qualidade. Para garantir estas possibilidades, devem estar disponíveis dispositivos de processamento precisos. Isso inclui máquinas EDM, máquinas CNC multieixos, máquinas CMM, etc. Essas técnicas e equipamentos de usinagem garantem que os produtos finais para robôs cirúrgicos sejam de boa qualidade, com tolerâncias restritas e dimensões precisas.
Acabamento e montagem
Os robôs cirúrgicos fabricados consistem em diversas peças complexas e sistemas de controle agrupados. Para que o equipamento fabricado garanta o bom funcionamento e funcionamento durante sua utilização, as peças fabricadas devem se encaixar bem. Os fabricantes de CNC devem garantir que cada produto tenha uma boa aparência e seja montado perfeitamente.
Controle de qualidade
Os produtos fabricados devem atender aos mais altos padrões de qualidade. A qualidade pode ser categorizada como qualidade dimensional ou qualidade estética (uniformidade). Após o processamento, o produto passa por um departamento de inspeção que verifica cuidadosamente as dimensões e tolerâncias de cada componente robótico cirúrgico.
Além disso, os fabricantes de CNC devem verificar a uniformidade da superfície dos produtos robóticos. Isso garante uma produção de alta qualidade que satisfaz o cliente, ao mesmo tempo que aumenta a eficiência e a entrega rápida.
Capacidades de usinagem da WayKen para peças e componentes para cirurgia robótica
Como fabricante sob demanda, também produzimos diversas peças e componentes a partir de uma ampla variedade de materiais e ligas, utilizando diversos processos de fabricação e tecnologias de usinagem otimizados, incluindo usinagem CNC personalizada, fresamento de 5 eixos, torneamento de precisão, usinagem EDM, anodização, passivação. , etc.
Concluindo
Robôs cirúrgicos customizados estão sendo desenvolvidos para facilitar as operações, seja auxiliando médicos e cirurgiões nos procedimentos ou inserindo implantes dentários robóticos no corpo humano. A fim de permitir movimentos e sequências de movimentos precisos, tais instrumentos e dispositivos cirúrgicos assistidos por robô têm dimensões precisas e tolerâncias restritas, dada a sua funcionalidade complexa.
Perguntas frequentes
O que são robôs cirúrgicos?
Os robôs cirúrgicos são dispositivos de assistência precisos que auxiliam cirurgiões e médicos na realização de operações complexas, como procedimentos ortopédicos. Muitas vezes são equipados com equipamentos cirúrgicos robóticos, como: B. uma câmera e uma lupa para ampliar o corpo, além de instrumentos cirúrgicos robóticos avançados e precisos, como pinças, bisturis e funções auxiliadas por computador que permitem planejamento e renderização.
Como o CNC pode ajudar na fabricação de precisão?
As máquinas CNC, também conhecidas como máquinas controladas por computador, permitem uma fabricação de alta precisão. Essas máquinas são programadas para ter precisão de centésimos e milésimos de milímetro. Fresadoras multieixos, usinagem CNC suíça e usinagem EDM são exemplos de processos que garantem usinagem de microprecisão e produzem peças em miniatura com extrema precisão.
Por que a usinagem de precisão é importante?
Robôs cirúrgicos são usados no corpo humano, que é notoriamente complexo e complicado. Os instrumentos cirúrgicos robóticos utilizados e a colocação robótica do implante devem ser rigorosamente precisos, revisados criticamente e garantidos. O fracasso pode ser fatal.
