SEYMOUR TRI-21 : La robotique de précision révolutionne l'assemblage de microneedles

Le SEYMOUR TRI-21 est une machine semi-autonome robotique, construite par SEYMOUR Advanced Technologies (SAT). Il assemble des microneedles utilisés en chirurgie oculaire 400 % plus vite qu'auparavant. Conçu pour des espaces restreints en salle blanche, et doté de trois bras robotiques six axes Meca500, le SEYMOUR TRI-21 peut insérer des tiges de 25 mm de long dans un cylindre creux avec seulement 60 micromètres de jeu. C'est à peu près l'épaisseur d'un grain de sel, ou d'un cheveu humain !

Le pharmaceutique s'attend à ajouter six machines SAT supplémentaires pour une augmentation de 2000 % du débit d'ici fin 2022.

 

Contexte

Un pharmaceutique ophtalmologique a développé un microneedle pour une utilisation en chirurgie oculaire. Dans l'industrie médicale, il est crucial que l'assemblage soit à la fois sans couture et stérile, et cette entreprise a reconnu le besoin d'un moyen plus efficace d'assembler ces microneedles.

L'objectif était de réduire significativement le bioburden tout en augmentant la productivité d'environ 70 %. Face à cet objectif agressif, il était d'une importance capitale de faire appel à un ingénieur en automatisation capable de partir de zéro et de construire une solution robotique entièrement nouvelle pour répondre à leurs besoins très spécifiques. Après avoir recherché un expert avec ce niveau d'expertise, l'entreprise a fait appel à SEYMOUR Advanced Technologies (SAT), un fournisseur de technologie industrielle autonome, pour créer une machine semi-autonome robotique unique en son genre qui pourrait automatiser un processus d'assemblage extrêmement précis d'un outil chirurgical.

Défi

Créer un processus d'assemblage automatisé, stérile et précis pour prendre une tige de 25 mm de long et l'insérer précisément dans un cylindre creux avec seulement 60 micromètres (0,0015") de jeu.

 

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Dans l'environnement de fabrication actuel, ce processus est effectué manuellement en utilisant une loupe puissante et des mains humaines. C'est extrêmement fastidieux et chronophage — une moyenne de seulement 63 microneedles par heure peuvent être produits avec précision de cette façon. Il y a aussi une quantité significative de gaspillage due à la casse d'aiguilles pendant le processus d'insertion. De plus, il y a un risque accru de contamination par le « bioburden » (c.-à-d. le nombre d'organismes contaminés trouvés dans une quantité donnée de matériau avant sa stérilisation).

Cette initiative résoudra de nombreux problèmes pour le pharmaceutique, à savoir :

• Accélérer le processus d'assemblage ;
• Éliminer les déchets ou coûts inutiles ;
• Stériliser l'espace de travail.

En outre, lors du travail sur le processus d'assemblage, SAT a remarqué un défi courant — l'aiguille n'était pas au même endroit exact à chaque traction du robot, rendant le processus d'insertion extrêmement difficile.

 

  

Solutions

En réponse à ces défis, SAT a créé le SEYMOUR TRI-21, une machine semi-autonome qui répond aux exigences de précision, de stérilisation et d'élimination des déchets. Elle contient trois robots 6 axes Meca500 qui prennent une seringue du point A au point B, insérant le fil de 25 mm dans l'aiguille sans faille.

Ce qui rend la solution SEYMOUR TRI-21 encore plus fiable, c'est que le microneedle de l'entreprise sera maintenant produit dans un environnement entièrement automatisé, versus les processus manuels et semi-automatisés utilisés par d'autres fabricants.

 

• Vision machine puissante
  Ce processus unique en son genre commence par la prise de l'objet et son placement sous une caméra à micro-résolution qui utilise une technologie de stroboscopie variable, également connue sous le nom de « modularisation de lumière structurée ». Cette technologie détecte les ombres pour trouver où se trouvent les parties physiques de l'objet dans un certain voisinage.
  
  L'épaisseur, la longueur et la rectitude sont ensuite calculées. Ensuite, SAT utilise ces données brutes pour calculer l'erreur de position relative et déplacer les robots vers une nouvelle position permettant un assemblage précis. Ce processus est critique car les parties internes « flottent » à l'intérieur de la coquille qui est ramassée. Donc, même s'ils sont répétables, la fenêtre dans laquelle ils se répètent est beaucoup plus grande que la tolérance pour assembler les parties sans interférence probable.
  
  

Précision avec apprentissage automatique

Comme indiqué précédemment, le processus d'automatisation devait être extrêmement précis en raison des propriétés des éléments assemblés. C'est pourquoi SAT a implémenté l'apprentissage automatique (ML). Cela a permis à SAT de suivre automatiquement les données, d'apprendre des cycles précédents, puis d'ajuster et de rationaliser pour les cycles futurs — assurant que chaque insertion d'aiguille alignera parfaitement le fil et l'aiguille. Le taux de réussite acceptable cible est de 90 % ou plus avec une augmentation de 70 % de la productivité, les deux étant atteints avec le SEYMOUR TRI-21.

 

 

Conception :

Il était important que la conception du SEYMOUR TRI-21 soit adaptée aux besoins du pharmaceutique. Ceux-ci incluaient :

• Poignée de diagnostic
  SAT a reconfiguré la poignée perpendiculaire en position parallèle, lui donnant plus de prédominance tout en permettant une restriction minimale de mouvement pour l'utilisateur. SAT a ensuite établi un processus pour que les données soient envoyées à la poignée, traduites par des modes de couleur qui alertent l'opérateur sur la santé de la machine pour l'aider à gérer la maintenance et l'entretien.
  
  
• Salle blanche niveau ISO 7
  Le Seymour TRI-21 a été créé avec du verre de qualité médicale pour contrôler la quantité de matière particulaire qui peut entrer dans la machine afin de garantir que toutes les unités sont stériles selon une exigence de niveau ISO 7. Des roulements secs ont également été utilisés, éliminant les contaminants de graisse de l'environnement de fabrication.
  
  
• Internet des Objets (IoT)
  Conformément à l'Industrie 4.0, l'écosystème connecté de l'IoT, SAT fournira à l'entreprise une interface informatique à distance, leur permettant de faire fonctionner la machine à distance sur leur téléphone ou tablette via une application.
  
  
• Surveillance
  Une machine qui construit les pièces pour une autre machine doit être soigneusement surveillée. Des éléments tels que la force, la torsion, la vitesse, l'accélération, le temps, la pression, le volume, les poids et masses, la translation et la rotation doivent tous être surveillés.

Les sept unités de base SI sont composées de :

• • Longueur - mètre (m)
  • Temps - seconde (s)
  • Quantité de matière - mole (mol)
  • Courant électrique - ampère (A)
  • Température - kelvin (K)
  • Intensité lumineuse - candela (cd)
  • Masse - kilogramme (kg)

En surveillant ceux-ci, ou un sous-ensemble de ceux qui concernent le produit, la solution SAT peut alors vérifier que le produit devient à la fois répétable et prévisible, améliorant et faisant évoluer la technologie.

SAT surveille également et fournit des données pour soutenir l'exploitation et les directives. Il y a une pléthore de variables qui affectent la qualité du produit, mais seulement une petite fenêtre où les produits fonctionnent de manière constante. Pour ce projet, la fenêtre de qualité était de 60 micromètres.

• Petite empreinte, grande production

Dans l'espace actuel de salle blanche de 1 000 pi², le pharmaceutique peut avoir un maximum de deux personnes travaillant en quarts de 8 heures. Chaque travailleur formé peut produire environ 63 unités/heure ou 1 unité/min. Pendant un quart typique, cela se traduit par une moyenne de 500 unités par personne.

Le nouveau SEYMOUR TRI-21 de 60"l x 42"p x 77"h et un opérateur pourront maintenant produire environ 250 unités par heure (4/min), ou 2 000 unités/quart de 8h. C'est une augmentation de 400 % du débit !

Ces machines robotiques modulaires peuvent être utilisées pour la R&D ainsi que pour les Bonnes Pratiques de Fabrication (BPF) à usage commercial. Six équipements différents peuvent maintenant être placés dans la même salle blanche, travaillant indépendamment, ayant de deux à 10 opérateurs travaillant simultanément.

Quelle est la suite ?

Selon le PDG de SAT, Rob Seymour, « une fois que le pharmaceutique ophtalmologique mettra pleinement en œuvre l'utilisation du SEYMOUR TRI-21, ils augmenteront la productivité globale d'au moins 70 % et atteindront un taux de réussite minimum de 95 %. Ils verront également une réduction significative du bioburden. » Il continue : « au cours de la prochaine année, l'entreprise ajoutera six robots SAT supplémentaires à leur ligne, leur permettant d'augmenter leur production de 2000 % d'ici fin 2022. »

Une version de cet article est apparue pour la première fois sur le site officiel de SAT. Reproduit avec permission.

 

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