La prototipazione al servizio della robotica per il medicale

Haply Robotics, azienda canadese impegnata nella costruzione della prossima generazione di console di simulazione fisica destinata al settore sanitario, mentre continua a costruire prototipi per il suo braccio robotico ha internalizzato la stampa 3D SLS con la stampante di Formlabs Fuse 1.

Integrando informatica e ingegneria, la robotica apre a nuove innovazioni nel settore sanitario. Dalla disinfezione delle stanze dei pazienti al funzionamento come assistenti di laboratorio, i robot possono avere un’ampia gamma di applicazioni mediche. Quando si tratta di procedure cliniche ad alto rischio come la chirurgia, la precisione è tutto. In Nord America, l’errore correlato alla medicina è responsabile di oltre 400.000 decessi ogni anno, il che lo rende la terza fonte di morte innaturale dopo il cancro e le malattie cardiache. In che modo la robotica può aiutare?

Presso Haply Robotics, un’azienda con sede a Montreal fondata nel 2018, i robot aiutano i chirurghi a mettere a punto le procedure della sala operatoria. La società canadese sta costruendo la prossima generazione di console di simulazione fisica per consentire a più di due milioni di specialisti in tutto il mondo di perfezionare oltre 260 procedure chirurgiche utilizzando tecnologie di realtà virtuale e aumentata all’avanguardia. Soprannominata la “PlayStation per i chirurghi”, la console consente ai chirurghi di simulare le operazioni prima di eseguirle, con l’obiettivo di ridurre il rischio per i pazienti e migliorare i tempi dell’intervento.  Haply Robotics ha adottato al suo interno la stampa 3D per la prototipazione rapida, implementando le tecnologie di stampa 3D FDM, SLA e SLS nei suoi progetti. 

Tutto ha inizio con lo sviluppo di ventilatori per Covid-19

Felix Desourdy, capo dell’ingegneria meccanica di Haply Robotics, ha affermato di aver incontrato Colin Gallacher e Steve Ding, co-fondatori di Haply Robotics, nel 2018. Nel 2020, il team ha sospeso un’importante collaborazione con il governo del Canada e ha deciso di utilizzare le proprie competenze di progettazione e robotica partecipando alla CODE LiFE Ventilator Challenge, un invito alle aziende di dispositivi a progettare uno strumento a basso costo e semplice; un ventilatore facile da usare e da realizzare che potesse servire per i pazienti affetti da Covid-19. Sono state ricevute più di 2.600 candidature, in rappresentanza di oltre 1.000 team provenienti da 94 paesi. Il design Haply è stato definito il migliore di questi in base all’equilibrio tra semplicità di progettazione e funzionamento, nonché costi di produzione e facilità di formazione. Haply ha implementato la stampa 3D per sviluppare il ventilatore, utilizzando la stampante di Formlabs Form 3 e la Tough Resin per creare gli interni per la macchina. Avere la stampa 3D interna ha permesso al team di creare parti di uso finale per l’interno del ventilatore, trasformando rapidamente il progetto in un design in grado di vincere il concorso e rendere maggiormente disponibili i dispositivi di ventilazione durante la pandemia. 

Prototipazione rapida dal design perfetto

Prendendo spunto dallo sviluppo del ventilatore Covid-19, il team ha continuato a lavorare al progetto principale: lo sviluppo tattile per la simulazione in chirurgia medica. La prototipazione rapida è la ragione principale per cui Haply ha investito nella stampa 3D interna; con le stampanti desktop il team stampa più iterazioni di parti complesse fino a trovare la forma perfetta. Sono due le ragioni principali per cui l’iterazione è fondamentale: l’ergonomia e il raggiungimento della geometria corretta. Inizialmente, il team ha acquistato stampanti FDM per i costi contenuti e la velocità di stampa. Queste macchine rispondevano agli obiettivi di prototipazione rapida. Tuttavia, nel tempo la squadra di lavoro ha voluto creare più prototipi che richiedessero una stampa di qualità superiore, e questo è il motivo che li ha spinti ad acquistare una Form 2 e poi una Form 3 per la stampa ad alta risoluzione. 

“Lavoriamo intorno alle mani delle persone, specialmente nel simulatore chirurgico. Bisogna essere in grado di iterare e iterare”, ha detto Desourdy. “Stavamo facendo prove su prove per avere un dispositivo più rigido e cercare di capire meglio cosa lo rende rigido, senza cambiare il materiale, e avendo la geometria corretta per quello che si ha intenzione di fare. Per come la vedo io, si fanno prove per arrivare a qualcosa che ha una geometria migliore e quando abbiamo finito, è facile cambiare il materiale per avere qualcosa di più rigido. Ma per cambiare la geometria, devi andare un po’ oltre”.

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Particolari stampati in due giorni anziché in cinque 

Mentre Haply Robotics continuava a costruire prototipi per il suo braccio robotico, ha internalizzato la stampa 3D SLS con la stampante di Formlabs Fuse 1. Questo perché le parti in nylon create sulla Fuse 1 sono più vicine al prodotto finale. In precedenza, i prototipi venivano realizzati con il nylon in outsourcing, il che comportava una serie di problemi. “Con Fuse 1 stampiamo una parte in due giorni invece che cinque; inoltre, con il nylon ci avviciniamo al prodotto finale. Internalizzando la stampa, si impara inoltre a conoscere la tolleranza della macchina e del materiale”, ha detto Desourdy. Un’altra considerazione da fare per piccole aziende in crescita come Haply Robotics è lo spazio fisico a disposizione nelle piccole realtà in espansione. La maggior parte delle stampanti 3D SLS tradizionali occupa una notevole superfice e spesso può essere difficile da sistemare. Fuse 1 offre una dimensione relativamente compatta, pur offrendo elevate performance. “Fuse 1 non è poi così grande, occupa più spazio di una normale stampante 3D desktop, ma onestamente, se la si confronta con qualsiasi macchina industriale che sta entrando in quel tipo di produzione, è molto piccola”, ha detto Desourdy. Secondo lui, il team ha cercato di investire in una stampante HP SLS, ma le grandi dimensioni della macchina hanno rappresentato un ostacolo. Jessica Henry, Product Owner di Haply, ha affermato che la stampa 3D con Fuse 1 semplifica e automatizza il loro processo. Henry ha detto che catturare i dettagli, per quanto sottili possano essere, è la chiave per la stampa 3D. “Possiamo cambiare un piccolo dettaglio che farà funzionare il braccio robotico in modo completamente fluido, e possiamo cambiare anche i più piccoli dettagli con ogni stampa”, ha detto Henry. E con Fuse 1, il team può stampare più parti per ciclo di stampa, ampliando il numero di bracci robotici che possono essere prodotti contemporaneamente. Per eguagliare questo livello di output, il team dovrebbe acquistare più macchine FDM senza però soddisfare i requisiti di prestazioni delle parti. Infine, un altro importante vantaggio di Fuse 1 rispetto a FDM e SLA è la mancanza di strutture di supporto sulle parti. Desourdy ha dichiarato: “se progetto per FDM, so che ho bisogno di una superficie piana per i supporti, o una superficie non lineare e questo si presenta anche con una stampante in resina, un lato dovrà sostenere i supporti. Fuse 1 invece ha cambiato il modo in cui disegno le parti, perché stampa senza supporti. In qualsiasi orientamento, il dettaglio viene mantenuto”. Questo cambiamento ha un impatto anche sul processo di progettazione, come commenta Desourdy: “Mi preoccupo meno del processo di stampa 3D e sono più concentrato sul design, che è ciò su cui vogliamo puntare”.