Pharmaindustrie setzt auf Verpackungsrobotik

Zwei neue Roboter-Pick-and-Place-Systeme für pharmazeutische Anwendungen verwenden einen Cobot bzw. einen 6-Achsen-Roboter, um Blister zu laden und primäre aseptische Pharmapackungen zu verschließen.

So wie COVID das Wachstum des E-Commerce vorangetrieben hat, hat es auch eine Reihe „wesentlicher Unternehmen“ vorangetrieben, darunter vor allem das Gesundheitswesen. Vor der Pandemie war die Pharmaindustrie aufgrund der stark regulierten Natur des Geschäfts bei der Einführung von Automatisierung und Robotik im Rückstand. Doch die Pandemie führte zu einer massiven Beschleunigung der Einführung von Pharmarobotern.

Laut A3 – The Association for Advancing Automation stiegen die Bestellungen für Roboter von nordamerikanischen Life-Science-Unternehmen im Jahr 2020 im Vergleich zu 2019 um 69 %. Und dieses Wachstum zeigt keine Anzeichen eines Stopps. Ein Bericht von Grand View Research prognostiziert, dass der globale Markt für pharmazeutische Robotik bis 2030 357,9 Millionen US-Dollar erreichen wird, wobei der Markt von 2022 bis 2030 voraussichtlich mit einer jährlichen Wachstumsrate von 9,2 % wachsen wird. Der Bericht weist darauf hin, dass dieses Wachstum auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist , einschließlich der Fähigkeit automatisierter Systeme, sich wiederholende Aufgaben wie das Bewegen von Reagenzgläsern und Flüssigkeiten, das Zählen und Verpacken von Pillen sowie die Inspektion zur Qualitätskontrolle schnell und sicher auszuführen. Grand View weist außerdem darauf hin, dass je nach Anwendung das Kommissionierungs- und Verpackungssegment im Jahr 2021 aufgrund der steigenden Nachfrage nach personalisierten Verpackungen den Markt dominierte.

Diesem Bedarf an der Kommissionierung und Platzierung von Arzneimitteln werden zwei neue Robotersysteme gerecht: eine Cobot-Version des TaskMate Robotic Systems Blister Loader von ESS Technologies und die Robotic 3D Control and Picking Solution (3D CPS) des aseptischen Verarbeitungsanbieters Steriline. Die bestehende TaskMate-Robotersystemreihe von ESS Technologies integriert Fanuc-Mehrachsenroboter und von ESS entwickelte Endeffektoren, um Pick-and-Place-Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen zu schaffen. Das neue Blisterladesystem verwendet einen Fanuc CRX-10iA-Cobot, ein 10-kg-Nutzlastmodell mit einer Reichweite von 1.418 mm, das mit Sensoren und Kraftsteuerungen ausgestattet ist, um die Bewegung des Cobots sofort zu stoppen, wenn er etwas Festes berührt.

Nach Angaben von ESS stellen Fehlzuführungen, unvollständige Beladung und die Zufuhr leerer Blister allesamt Ursachen für Abfall und Ausfallzeiten der Blisterverpackungsmaschinen dar. Der Cobot von Fanuc ist mit Linienverfolgung und Vision ausgestattet, um eine sorgfältige Blisterbeladung zu gewährleisten und Maschinenfehler zu minimieren.

Abhängig von den Anforderungen des Herstellers kann ESS eine einzelne Roboterzelle für die Handhabung einer Reihe von Produkten entwerfen. Anschließend kann ein EOAT erstellt werden, der mehrere Produkte gleichzeitig aufnehmen kann, mit einer Verteilungsfunktion, um bei jedem Zyklus mehrere Blister zu füllen. Durch die Integration von schnell lösbaren Pneumatikanschlüssen und Rändelschrauben kann ein Roboter-Endeffektor schnell entfernt und durch einen neuen EOAT ersetzt werden, um ein anderes Produkt zu handhaben. ESS erklärt, dass dies bei Verpackungslinien, die kleinere Auflagen für unabhängige SKUs verwenden, erhebliche Vorteile hat.

Alle TaskMate-Robotersysteme sind kompakt konzipiert, sodass sie nahtlos in die Blisterladestation integriert werden können, um den Platzbedarf auf einem Minimum zu halten. Der Roboter-Blisterlader kann in neue Blisterverpackungsmaschinen integriert oder in bestehende Blisterverpackungslinien eingesetzt werden, um bisher manuelle Beladeprozesse zu automatisieren.

Verpackungsrobotik: Die robotische 3D-Kontroll- und Kommissionierlösung von Steriline. Eine weitere Kommissionierlösung, die zum Verschließen und Verschließen von primären Pharmaverpackungen entwickelt wurde, wurde letztes Jahr von Steriline auf der PACK EXPO International vorgestellt. Die Robotic 3D Control and Picking Solution (3D CPS) umfasst sowohl Robotik als auch Bildverarbeitungssysteme und wurde in Zusammenarbeit mit ISS – Innovative Security Solutions, einem Spin-off-Unternehmen der technischen Universität Politecnico di Milano in Europa, entwickelt. Die Lösung eignet sich besonders zum Verschließen und Verschließen von Verpackungen kleiner Chargen, die eine aseptische Umgebung erfordern, beispielsweise in der personalisierten Medizin und der Herstellung von Zell- und Gentherapien.

Wie Federico Fumagalli, Chief Commercial Officer bei Steriline, erklärt, arbeitet das Unternehmen weiterhin an Innovationen mit Robotik in seinen aseptischen Abfüllmaschinen und entwickelt seine Robotersoftware intern, um intelligente Bewegungen und Aktivitäten zu ermöglichen, die oft manuell ausgeführt werden. Er sagt, dass sich in vielen Fällen ein Roboterarm von A nach B und von B nach A bewegt, aber diese Anwendung zeigt, wie Robotik durch eine 3D-Kamera programmiert werden kann, die scannt, eine gute Flugbahn zum Bewegen findet, den Stopper aufnimmt, und legt es auf das Fläschchen.

Die Robotic 3D Control and Picking Solution ist eine mechatronische Komponente, die mit einem Bildverarbeitungssystem ausgestattet ist, das Werkzeuge innerhalb eines definierten Bereichs erkennen und seine Funktion basierend auf dem relativen Feedback anpassen kann. Es besteht aus einem Roboterarm, einem Picker, einem stereoskopischen Infrarot-Vision-System (IR) und Software für die Planung von Flugbahnen, den Zugriff auf die Rezeptdatenbank und die Interpretation der von den Sensoren kommenden Eingabedaten.

Während des Betriebs bewegt der Roboterarm den Pflücker durch den gesamten Arbeitsbereich, dessen Abmessungen je nach Länge der Hebel geändert werden können. Anschließend generieren ausgefeilte Algorithmen Flugbahnen, die es dem Kommissionierer am Ende des Arms ermöglichen, einen Artikel zu erreichen, ihn aufzunehmen und ihn dann an seinen endgültigen Bestimmungsort zu bewegen. Diese Pfade werden auf der Grundlage der vom 3D-Vision-System empfangenen Informationen generiert, das eine auf stereoskopischem Sehen basierende Messtechnik verwendet, bei der eine IR-Quelle ein IR-Lichtmuster aussendet, das für visuelle Sensoren und nicht für das menschliche Auge sichtbar ist. Die Streuung des Lichts wird erfasst und ein Profil der Szene erstellt. Diese Technologie ermöglicht es dem System, autonom zuverlässige Trajektorien für einfachere und linearere Bewegungen zu generieren und Kollisionen mit der Umgebung zu vermeiden.

„In der Pharmaindustrie macht die Begrenzung der Partikelfreisetzung bei sensiblen Prozessen den Unterschied, weil dadurch das Risiko einer Kontamination verringert wird“, sagt Fumagalli. „Vor diesem Hintergrund haben wir nach verschiedenen Lösungen gesucht, um die Hauptbestandteile zu entfernen, die die Verteilung der Partikel während, in diesem Fall, der Verschluss- und Verschließprozesse erhöhen. Deshalb haben wir uns entschieden, den Trichter, den Vibrationsbecher und den Linearschlitten durch Roboter in Kombination mit einem Bildverarbeitungssystem zu ersetzen.“

Die Partner versuchten außerdem, Formatänderungen zu vereinfachen. „Flexibilität ist definitiv ein Mehrwert von Roboterlösungen“, fügt Alessandro Caprioli, Partner bei ISS – Innovative Security Solutions, hinzu. „Tatsächlich müssen bei Standardlösungen der Produktionsprozess und die entsprechenden mechanischen Teile neu konfiguriert werden, um einen anderen Behälter zu verwalten oder zu handhaben. Bei einer Roboteranwendung muss man in der Regel nur ein anderes Rezept über die Software einrichten.“ PW