SEYMOUR TRI-21: Präzisionsrobotik revolutioniert Mikronadel-Montage

Der SEYMOUR TRI-21 ist eine roboterbasierte semi-autonome Maschine, gebaut von SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Er montiert Mikronadeln für Augenoperationen 400 % schneller als zuvor. Designed für enge Räume in einem Reinraum, mit drei Meca500 6-Achs-Roboterarmen, kann der SEYMOUR TRI-21 25 mm lange Stäbe in einen Hohlzylinder mit nur 60 Mikrometern Spielraum einsetzen. Das ist etwa so dick wie ein Salzkorn oder ein menschliches Haar!

Der Pharmahersteller plant, bis Ende 2022 sechs weitere SAT-Maschinen hinzuzufügen – für eine 2000 %ige Durchsatzsteigerung.

Hintergrund

Ein ophthalmologisches Pharmaunternehmen entwickelte eine Mikronadel für Augenoperationen. In der Medizintechnik ist kritisch, dass Montage sowohl nahtlos als auch steril erfolgt. Das Unternehmen erkannte den Bedarf an einem effizienteren Montageweg für diese Mikronadeln.

Ziel: Bioburden signifikant reduzieren und Produktivität um ca. 70 % steigern. Angesichts dieses aggressiven Ziels war es entscheidend, einen Automatisierungsingenieur zu engagieren, der von Grund auf eine völlig neue Roboterlösung für diese spezifischen Bedürfnisse baut. Nach Suche nach einem Experten mit diesem Level an Expertise engagierte das Unternehmen SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), einen Anbieter autonomer Industrietechnologie, um eine einzigartige roboterbasierte semi-autonome Maschine zu schaffen, die einen extrem präzisen Montageprozess eines chirurgischen Tools automatisieren konnte.

Herausforderung

Einen automatisierten, sterilen und präzisen Montageprozess schaffen: 25 mm langer Stab präzise in Hohlzylinder mit nur 60 Mikrometern (0,0015") Spielraum einsetzen.

In der aktuellen Fertigungsumgebung wird dieser Prozess manuell mit starker Lupe und menschlichen Händen durchgeführt. Extrem mühsam und zeitaufwändig – durchschnittlich nur 63 Mikronadeln pro Stunde präzise produzierbar. Signifikantes Ausschuss durch Nadelbruch beim Einführen. Erhöhte Kontaminationsgefahr durch „Bioburden“ (Anzahl kontaminierter Organismen in gegebener Materialmenge vor Sterilisation).

Diese Initiative löst für den Pharmahersteller mehrere Probleme:

• Montageprozess beschleunigen
• Unnötigen Ausschuss und Kosten eliminieren
• Arbeitsplatz sterilisieren

Zusätzlich stellte SAT bei der Montage eine gemeinsame Herausforderung fest: Die Nadel war nicht bei jedem Roboterzug an exakt derselben Position, was den Einführprozess extrem schwierig machte.

Lösungen

Als Antwort schuf SAT den SEYMOUR TRI-21, eine semi-autonome Maschine, die Präzision, Sterilisation und Ausschusseliminierung liefert. Sie enthält drei 6-Achs-Meca500-Roboter, die eine Spritze von Punkt A nach B führen und den 25-mm-Draht fehlerfrei in die Nadel einsetzen.

Was die SEYMOUR TRI-21-Lösung noch zuverlässiger macht: Die Mikronadel des Unternehmens wird nun in einer vollautomatisierten Umgebung produziert – versus manuellen und semi-automatisierten Prozessen anderer Hersteller.

Leistungsstarke Machine Vision

Dieser einzigartige Prozess startet mit Objektaufnahme und Platzierung unter einer Mikroauflösungskamera mit variabler Stroboskoptechnologie („structured light modularization“). Diese Technologie detektiert Schatten, um physische Objektteile in einem bestimmten Bereich zu lokalisieren. Dicke, Länge und Geradheit werden berechnet. SAT nutzt diese Rohdaten, um den relativen Positionsfehler zu berechnen und die Roboter in eine neue Position zu bewegen, die präzise Montage ermöglicht. Kritisch, da interne Teile im Gehäuse „schweben“ – ihr Wiederholfenster ist viel größer als die Montagetoleranz ohne wahrscheinliche Interferenz.

Präzision durch Machine Learning

Der Automatisierungsprozess musste extrem präzise sein aufgrund der Eigenschaften der zu montierenden Elemente. SAT implementierte Machine Learning (ML): Automatisches Tracking von Daten, Lernen aus vorherigen Zyklen, Anpassen und Straffen für zukünftige Zyklen – sichernd, dass jede Nadelninführung Draht und Nadel perfekt ausrichtet. Ziel: ≥90 % Erfolgsrate bei 70 % Produktivitätssteigerung – beides wird mit SEYMOUR TRI-21 erreicht.

Design:

Wichtig war, das Design der SEYMOUR TRI-21 auf die Pharma-Bedürfnisse zuzuschneiden. Dazu gehörten:

• Diagnose-Griff: SAT rekonfigurierte den senkrechten Griff zur parallelen Position – mehr Prominenz, minimalere Bewegungseinschränkung. Prozess für Datenfeed zum Griff, übersetzt in Farbmodi, die den Operator über Maschinenzustand informieren für Wartung und Instandhaltung.
• ISO-7-Reinraum: SEYMOUR TRI-21 wurde mit medizinischem Glas gebaut, um Partikeleintrag zu kontrollieren – Sterilität nach ISO-7-Level. Trockenlager entfernten Schmierstoffkontaminanten.
• Internet of Things (IoT): Im Einklang mit Industry 4.0 liefert SAT ein Remote-Computer-Interface – Bedienung per Handy/Tablet via App.
• Monitoring: Eine Maschine, die Teile für eine andere baut, muss sorgfältig überwacht werden. Kraft, Torsion, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zeit, Druck, Volumen, Gewichte/Massen, Translation, Rotation – all dies muss überwacht werden.

Die sieben SI-Basiseinheiten umfassen:

• Länge – Meter (m)
• Zeit – Sekunde (s)
• Stoffmenge – Mol (mol)
• Elektrischer Strom – Ampere (A)
• Temperatur – Kelvin (K)
• Lichtstärke – Candela (cd)
• Masse – Kilogramm (kg)

Durch Monitoring dieser (oder relevanter Teilmenge) kann die SAT-Lösung verifizieren, dass das Produkt sowohl wiederholbar als auch vorhersagbar wird – Technologie verbessernd und evolvierend.

SAT überwacht auch Daten zur Unterstützung von Operation und Richtung. Viele Variablen beeinflussen Produktqualität, aber nur ein kleines Fenster, in dem Produkte konsistent operieren. Für dieses Projekt war das Qualitätsfenster 60 Mikrometer.

Kleiner Footprint, große Ausgabe

Im aktuellen 1.000 sq. ft. Reinraum können maximal zwei Personen 8-Stunden-Schichten arbeiten. Jeder trainierte Worker produziert ca. 63 Einheiten/Stunde oder 1 Einheit/Min. Pro Schicht: ~500 Einheiten pro Person.

Der neue SEYMOUR TRI-21 (60" B × 42" T × 77" H) mit einem Operator produziert nun ca. 250 Einheiten/Stunde (4/Min) oder 2.000 Einheiten/8h-Schicht. Das ist eine 400 %ige Durchsatzsteigerung!

Diese modularen Roboter-Maschinen können für F&E sowie GMP (Good Manufacturing Practice) kommerziell genutzt werden. Sechs verschiedene Geräte passen nun in denselben Reinraum, arbeiten unabhängig, mit 2 bis 10 Operatoren gleichzeitig.

Was kommt als Nächstes?

Laut SAT-CEO Rob Seymour: „Sobald der ophthalmologische Pharmahersteller SEYMOUR TRI-21 voll implementiert, steigert er Gesamtproduktivität um mindestens 70 % und erreicht mindestens 95 % Erfolgsrate. Auch signifikante Bioburden-Reduktion.“ Er fügt hinzu: „Über das nächste Jahr fügt das Unternehmen sechs weitere SAT-Roboter ihrer Linie hinzu – 2000 % Produktionssteigerung bis Ende 2022.“

Eine Version dieses Artikels erschien zuerst auf SATs offizieller Website. Wiedergegeben mit Genehmigung.

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