Die robotergestützte Chirurgie hat komplexe Eingriffe in den vergangenen Jahren spürbar verändert. Chirurginnen und Chirurgen arbeiten mit mehr Kontrolle, Präzision und Beweglichkeit, und Patienten profitieren von kleineren Schnitten, weniger Blutverlust, geringeren Schmerzen und einer schnelleren Genesung. Minimalinvasive Verfahren reduzieren außerdem das Infektionsrisiko, während moderne Bildgebung Details sichtbar macht, die dem bloßen Auge verborgen bleiben.
Weniger bekannt ist, was diese Entwicklung im Hintergrund möglich macht: Fertigungsverfahren, die winzige Bauteile mit extrem engen Toleranzen zuverlässig herstellen können. Eine Schlüsselrolle spielt dabei der Mikro 3D Druck – und mit ihm Boston Micro Fabrication (BMF), einer der Technologieführer in diesem Feld.
Die Anforderungen: klein, präzise, biokompatibel
Bauteile in Roboterbaugruppen müssen exakt zueinander passen. Bei Anwendungen wie weichen Roboterendoskopen sind mikroskalige Abmessungen bei gleichzeitig sehr hoher Auflösung und Genauigkeit die Grundvoraussetzung. Kommen die Teile mit Gewebe in Kontakt, müssen sie zusätzlich biokompatibel und sterilisierbar sein. Und ihre Oberflächen müssen so glatt sein, dass sich Sensoren und Aktuatoren integrieren lassen, ohne die Funktion des Gesamtsystems zu stören.
Als 1980 mit dem PUMA 560 der erste Operationsroboter entstand, standen für solche Teile nur Mikrospritzguss und CNC-Bearbeitung zur Verfügung. Beide Verfahren sind bis heute im Einsatz, haben aber klare Nachteile: teure Werkzeuge und lange Durchlaufzeiten bremsen jede Designänderung aus. Für patientenspezifische Lösungen, bei denen sich die Geometrie von Fall zu Fall ändert, rechnen sie sich kaum – die Werkzeugkosten lassen sich nur über große Stückzahlen amortisieren.
Wie Mikro 3D Druck mit PµSL die Lücke schließt
Boston Micro Fabrication setzt auf die patentierte PµSL-Technologie (Projection Micro Stereolithography). Dabei wird ein lichtempfindliches Flüssigharz gezielt mit UV-Licht belichtet, sodass eine komplette Schicht in einem einzigen Schritt aushärtet. Das Verfahren verbindet sehr hohe Auflösung und Genauigkeit mit biokompatiblen, sterilisierbaren Materialien – und arbeitet dabei deutlich schneller als klassische Mikrofertigungsverfahren.
Der Vergleich mit anderen additiven Verfahren zeigt, wo PµSL einzuordnen ist:
- Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP-DLW):extrem präzise, aber sehr langsam und für viele praktische Anwendungen zu teuer.
- Klassische Stereolithografie (SLA):erreicht die in der chirurgischen Robotik geforderte Präzision nicht.
- Fused Deposition Modeling (FDM):nur für grobe Bauteile mit rauer Oberfläche geeignet.
Mikro 3D Druck mit PµSL vereint damit, was bisher nur getrennt zu haben war: Präzision im Mikrometerbereich und eine Geschwindigkeit, die sich im Entwicklungsalltag rechnet.
Einsatzbereiche: Endoskope und chirurgische Instrumente
In der chirurgischen Robotik wird hochpräziser Mikro 3D Druck vor allem in zwei Bereichen eingesetzt.
Endoskope: Sie bestehen aus einer winzigen Kamera an einem langen, dünnen Schaft, der durch Körperöffnungen oder -kanäle geführt wird. Eine Auflösung im Submillimeterbereich ist hier zwingend.
Chirurgische Instrumente: Dazu zählen alle Werkzeuge, die der Endeffektor eines Operationsroboters führt und über die der Roboter mit dem Patienten interagiert – von Greifern über Mikronadeln bis zu Bauteilen mit integrierten Sensoren und Mikroelektronik.
Wie das in der Praxis aussieht, zeigt die University of Leeds: Dr. James Chandler hat dort weiche Endoskope mit dem microArch® S140 entwickelt, einem System aus der 10-µm-Serie von Boston Micro Fabrication. Sein Eindruck: Die gedruckten Teile fühlten sich an wie spritzgegossen – nur ohne Werkzeugkosten und lange Vorlaufzeiten.
Spritzguss-Qualität ohne Werkzeug
Nach eigenen Angaben ist Boston Micro Fabrication der weltweit einzige Anbieter, dessen 3D-Drucklösung bei Auflösung, Bauteilgröße und Toleranz mit Präzisionsspritzguss mithalten kann. Auch bei der Oberflächengüte – gerade bei Gewebekontakt ein entscheidender Faktor – stehen die microArch-Systeme klassischen Mikrofertigungsverfahren nicht nach.
Für Entwicklungsteams in der Medizintechnik heißt das: Mikro 3D Druck ist kein Behelf für frühe Prototypen mehr, sondern ein ernstzunehmendes Fertigungsverfahren für funktionsfähige, seriennahe Bauteile – von der ersten Iteration bis zur klinischen Validierung.
Mikro 3D Drucker kaufen oder erst testen?
Wer einen Mikro 3D Drucker kaufen möchte, sollte vorab prüfen, welche Auflösungsklasse, welcher Bauraum und welche Materialien die eigene Anwendung tatsächlich erfordert. In der DACH-Region ist AM Pioneers autorisierter Vertriebspartner von Boston Micro Fabrication. Das Team unterstützt Medizintechnik-Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Entwicklungsabteilungen von der ersten Machbarkeitsanalyse über ein kostenloses Benchmark-Bauteil bis zur Integration eines microArch-Systems in die eigene Entwicklung.
So lässt sich am eigenen Bauteil klären, ob Mikro 3D Druck die Anforderungen erfüllt – bevor eine Investitionsentscheidung fällt.
