Roboter aus dem Polyjet 3D-Drucker

Fraunhofer IPA entwickelt Roboter für die Tumortherapie

Anzeige
Für die Tumortherapie der Zukunft entwickeln fünf internationale Forscherteams einen Roboter. Obwohl dieser aus Dutzenden von Komponenten, Gelenken und Aktoren mit unterschiedlichen Materialeigenschaften besteht, lässt er sich mit einem 3D-Drucker in einem einzigen Prozessschritt herstellen.

Knopfdruck genügt, den Rest erledigt der 3D-Drucker selbsttätig. Ähnlich wie bei einem Tintenstrahldrucker wird Flüssigkeit auf eine Oberfläche gesprüht. Statt unterschiedlicher Farben verwendet der Polyjet-Drucker jedoch Kunststoff: Die Düsen können zwei unterschiedliche Polymer-Lösungen einzeln oder gemischt punktgenau auftragen. UV-Licht härtet die Kunststoffe aus, bevor die nächste Lage aufgetragen wird. So entsteht Schicht für Schicht ein Medizinroboter. Wenn die Entwicklung abgeschlossen ist, soll der Roboter Ärzte bei der Entnahme von Gewebeproben und bei der Thermischen Tumorbehandlung unterstützen.

„Die Positionierung einer Nadel oder Sonde bei einem solchen minimalinvasiven Eingriff ist eine besonders schwierige Aufgabe, denn der Mediziner kann sich am besten mit Hilfe von Computertomographie- oder MRT-Bildern orientieren – und das heißt, dass er arbeiten muss, während der Patient in einer engen Röhre liegt. Da bleibt kaum Bewegungsfreiheit“, erklärt Marius Siegfarth von der Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie (PAMB) des Fraunhofer IPA an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg.

Roboter passt mit den Patienten in die Röhre

Der Roboter, den sein Team zusammen mit vier weiteren Forschergruppen aus Deutschland, Frankreich und der Schweiz im Projekt „Spirits“ entwickelt, ist so klein und leicht, dass er zusammen mit dem Patienten in die Röhre geschoben werden kann. Steuern lässt er sich über eine Hydraulik von außen – der Arzt kann also ein paar Meter entfernt und sogar in einem anderen Raum sitzen, wo er im Falle einer CT-Aufnahme vor Strahlung geschützt ist. Die Abkürzung „Spirits“ steht dabei für Smart Printed Interactive Robots for Interventional Therapy and Surgery.

“Die Herausforderung des Projekts lag darin, ein Design zu entwickeln, das sich mit einem Polyjet-Drucker in einem einzigen Schritt fertigen lässt, gleichzeitig aber aus voll funktionsfähigen Komponenten besteht – beispielsweise Drehgelenken mit Hydraulikaktuatoren und einem Antrieb für den Nadelvorschub. All diese Komponenten haben unterschiedliche Materialeigenschaften“, erläutert Siegfarth.

Erste Roboter-Prototypen wurden schon gedruckt

Am Institut national des sciences appliquées de Strasbourg, INSA, wo das Spirits-Projekt koordiniert wird, druckt der Polyjet bereits die ersten Prototypen. Diese verfügen über Hebelarme, die über Gelenke verbunden sind. Mit ihnen lässt sich eine Nadel um den Einstichpunkt in alle Raumrichtungen rotieren. Für den Antrieb sorgt ein hydraulisches System, eine Entwicklung der PAMB-Forscher: Winzige Rohre mit Durchmessern von gerade mal vier Millimeter, Dichtungen und Kolben. Das Besondere daran: Die Kolben konnten durch die 3D-Fertigungstechnik so gestaltet werden, dass der Hydraulikdruck auf die Dichtung wirkt und deren Wirkung verstärkt.

Erste Tests zeigen, dass der Hydraulik-Antrieb aus dem 3D-Drucker funktioniert. In den nächsten Monaten werden weitere Komponenten in den Prototyp integriert: die intelligente Nadel mit Kraftsensor beispielsweise, eine Entwicklung der École polytechnique fédérale de Lausanne, EPFL. Den Vorschubmechanismus für die Nadel haben INSA-Forscher erarbeitet. Dazu kommt die haptische Rückkoppelung. Sie verwandelt die Messergebnisse des Kraftsensors in Widerstände, die der Arzt spürt, wenn er die Nadel durch weicheres oder härteres Gewebe führt. Erarbeitet wurde diese Rückkoppelung von Forschern der Hochschule Furtwangen. Und an der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW entstehen derzeit druckbare, nichtmagnetisierbare Metallkomponenten für die nächste Generation von Prototypen.

Der erste vollständig gedruckte Medizinroboter soll noch 2019 an Dummys getestet werden

Mit einem Gesamtbudget von 1,67 Mio € wird Spirits vom Programm Interreg V Oberrhein mit 436 201 Euro des EFRE (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung) kofinanziert. Im Rahmen der Initiative Offensive Sciences, welche grenzüberschreitende Spitzenforschungsprojekte finanziert, wird das Projekt zusätzlich von regionalen und kantonalen Partnern unterstützt. So wird das Projekt von der Großregion Ost, dem Land Baden-Württemberg, dem Land Rheinland-Pfalz, der Schweizerische Eidgenossenschaft, dem Kanton Aargau, dem Kanton Basel-Stadt und dem Kanton Basel-Landschaft mitfinanziert.

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
www.ipa.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart

Maschinelles Sehen als Schlüsseltechnologie

Erobert der 3D-Druck die Märkte?

Anzeige

Aktuelle Ausgabe

Titelbild additive P3
Ausgabe
P3.2019
LESEN
ARCHIV
ABO

additive gratis lesen

KUKA: Smarte Automatisierung

KUKA Roboter Hochschule Karlsruhe

Smarte Automatisierung mit KUKA im Überblick

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

EMO 2019 – AM circle

Gemeinsam mit dem VDW organisieren wir auf der EMO 2019 den Gemeinschaftsstand „additive manufacturing circle“. Ziel des AM Circle ist es, Lohnfertigern und Dienstleistern der 3D-Druck-Branche eine Plattform auf der EMO zu bieten. Besuchen Sie uns in Halle 9, Stand H20!

Alle Webinare & Webcasts

Webinare aller unserer Industrieseiten

Alle Whitepaper

Whitepaper aller unserer Industrieseiten

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de