Einführung in den 3D-Druck von Einlagen
Wir alle haben schon davon gehört: 3D-Druck. Er wird heute immer populärer – dennoch wissen viele nicht genau, welche Druckverfahren es gibt, wie sie funktionieren und welches Verfahren zu den eigenen Anforderungen passt. Man hört großartige Geschichten darüber, dass „alles“ gedruckt wird, und viele möchten den nächsten Schritt in die Zukunft gehen. Doch häufig gibt es zwei Fragen: Was brauche ich – und wie fange ich an?
Vergleich mit aktuellen Fertigungsmethoden
Beginnen wir mit den heutigen Produktionsmethoden – und warum 3D-Druck so interessant ist.
Eine der früheren Techniken ist die sensorimotorische Methode: Der Podologe klebt alle Elemente auf die Einlage, schleift sie anschließend und klebt eine Decksohle auf. Andere Methoden arbeiten mit Halbfabrikaten oder Einlagen aus Gipsabdrücken. Diese Verfahren sind manuell und arbeitsintensiv – werden aber bis heute eingesetzt.
Vielleicht sind Sie bereits einen Schritt weiter und fräsen Einlagen oder fräsen Formen für thermoformbare Einlagen. Das ist ein großer Fortschritt – dennoch gibt es weiterhin Potenzial zur Verbesserung:
- Manuelle Arbeit: Ob Sie gleiche Fertigeinlagen in Serie fertigen oder viele individuelle Versorgungen erstellen – beim Fräsen fällt zwar weniger Handarbeit an, aber Sie müssen EVA/Polypropylen/Vakuum- oder thermoformbare Einlagen trotzdem aus der Maschine entnehmen und ausschneiden. Je nach beidseitiger Bearbeitung müssen Sie außerdem die Unterseite schleifen und eine Decksohle aufbringen.
- Viel Abfall: Beim Fräsen werden etwa 80% des Materials abgetragen – das erzeugt viel Abfall.
- Belastung der Arbeitsumgebung: Fräsen erzeugt viel Staub im Raum.
- Materialkosten
Und jetzt zum 3D-Druck: Aber welches Verfahren ist das richtige für mich?
Druckverfahren
Es gibt viele Druckverfahren am Markt. Wir konzentrieren uns hier zunächst auf die erschwinglichste Variante: FDM (oder FFF). Wenn Sie sich für andere Verfahren wie SLS, MJF, DLP oder SLA interessieren, folgen Sie uns gern auf LinkedIn, Facebook oder YouTube – dort halten wir Sie auf dem Laufenden.
Was ist FDM- (oder FFF-) Druck?
Eine gute Erklärung für den FDM-Druck ist das folgende Zitat: Ein typischer FDM‑3D‑Drucker nimmt ein polymerbasiertes Filament und presst es durch eine beheizte Düse. Dadurch schmilzt das Material und wird in 2D‑Schichten auf die Bauplattform aufgetragen. Solange die Schichten noch warm sind, verschmelzen sie miteinander und bilden ein dreidimensionales Bauteil. Quelle: https://all3dp.com/2/fused-deposition-modeling-fdm-3d-printing-simply-explained/
Die großen Vorteile von FDM sind das insgesamt gute Nutzererlebnis und der einfache Einstieg ohne umfangreiche Schulungen. Das Material ist im Vergleich zu anderen Verfahren sehr wirtschaftlich, die Drucker sind relativ kompakt und arbeiten nahezu geräuschlos.
Der Nachteil: Im Drucker bewegen sich viele Komponenten, und hin und wieder ist Wartung erforderlich.
Das beste Druckmaterial
Ein wichtiger Faktor ist der 3D‑Drucker – aber letztlich hängt vieles vom Material ab, das Sie verwenden möchten. Benötigen Sie ein hartes oder weiches Material? Das hängt von den Anforderungen an die Einlage ab.
Weiches Material
Das am häufigsten verwendete Material für weiche Einlagen ist TPU 95A oder varioShore von colorFabb.
Wichtig: Jede Materialmarke hat leicht unterschiedliche Einstellungen und kann sich in der Praxis anders verhalten. Das bedeutet, TPU 95A von Marke A kann härter oder weicher sein als TPU 95A von Marke B – selbst bei gleichem Shore‑Wert. Der Vorteil weicher Materialien: Wir können Bereiche mit unterschiedlicher Härte erzeugen, indem wir die Slicer‑Einstellungen anpassen. Mehr dazu im Abschnitt „Phasen des 3D‑Drucks“.
Materialeigenschaften von Raise3D TPU 95A:
Materialeigenschaften Raise3D TPU 95A, Quelle: https://www.raise3d.com/filaments/tpu/
Wie im Bild zu sehen, ist das Material auf Abriebfestigkeit, Flexibilität und Stoßfestigkeit ausgelegt. Es gibt viele weitere Marken am Markt – hier eine kurze Liste mit typischen Preisen pro kg:
| Preis pro kg | Preis pro Einlage (35 g) | |
|---|---|---|
| Raise3D TPU 95A | € 79,99/ $ 79.99 | € 2,80 |
| eSUN TPU 95A | € 36,99/ $ 38.99 | € 1,39 |
| Ultrafuse® TPU 95A (by BASF Forward AM) | € 72,52 / $ 38.99 | € 1,54 |
Hartes Material
Viele unserer Kunden bevorzugen härtere Einlagen und nutzen dafür unterschiedliche Materialien. Sehr gängig sind PLA, PETG oder PP (Polypropylen). PLA und PETG werden häufig für Produkte mit „Kunststoff‑Feeling“ verwendet und sind nicht spezifisch für medizinische End‑Use‑Produktion. PP ist hingegen für medizinische Anwendungen geeignet.
Materialeigenschaften Raise3D PP:
Materialeigenschaften Raise3D PP, Quelle: https://www.raise3d.com/filaments/pp/
Phasen des 3D‑Drucks mit FDM
Es gibt mehrere Schritte – manche davon sind optional. Der gesamte Prozess lässt sich in vier Phasen unterteilen: 3D‑Scannen, 3D‑Design, 3D‑Druck und Nachbearbeitung/Finish.
Erste Phase – Füße in 3D scannen
Ein Patient besucht eine Praxis, und eine Fachkraft untersucht die Füße. Nach Untersuchung und Analyse wird entschieden, dass der Patient maßgefertigte Einlagen benötigt. Nach dem Ausfüllen eines Anforderungsbogens werden die Füße gescannt.
Der Patient steht auf einem 3D‑Scanner. Sobald das Team auf „Start“ klickt, werden die Füße gescannt – das dauert nur wenige Minuten.
Es gibt verschiedene Scanner. Schauen Sie sich unsere Plantar‑Scanner LX500 Compact und LX800 Plus an. Wenn Sie auch Schuhleisten erstellen möchten, ist möglicherweise unser LXL1800 interessant. Alle unsere Scanner erstellen auch 2D‑Scans.
Neben einem stationären Scanner gibt es eine leichte, mobile Lösung, die in den letzten Jahren sehr beliebt geworden ist: das Scannen mit iPad und Structure Sensor. Mit unserer LutraCAD Scanner App scannen Sie die Füße, erfassen die Anforderungen und laden die Scans hoch. In der Modellierungssoftware können Sie die Scans anschließend überall herunterladen.
Zweite Phase – Einlagen in 3D designen
Die in Phase 1 erstellten Dateien werden von einem Arzt, einem CAD‑Designer oder einer Produktionseinheit verarbeitet. Wir laden beide Scans in die Software und wählen ein Einlagen‑Pattern. Abhängig vom Schuhtyp können wir z. B. Sportschuh, klassischer Schuh oder ein eigenes Pattern auswählen.
Die verwendete Software ist LutraCAD Einlagen-Software. Sie deckt alles ab, was Sie für den 3D‑Druck benötigen. Eine wichtige Einstellung ist der Output‑Typ: Fräsen oder Drucken. Beim Drucken können wir eine Shell (häufig für Fräsen oder SLS‑Druck) oder eine solide Einlage für FDM wählen. Das Ergebnis ist ein wasserdichtes Modell.
Mit den Design‑Optionen und Einstellungen können Sie die Einlage exakt auf den Behandlungsplan abstimmen. In der Phase „3D‑Druck“ können wir die Einlage in mehrere Teile slicen und im Slicing‑Schritt die Härte eines bestimmten Bereichs definieren.
Der gesamte Designprozess dauert nur 2 bis 10 Minuten. Am Ende exportieren wir die wasserdichte STL‑Datei und wechseln in die Produktionsphase.
Dritte Phase – Einlagen 3D drucken
In unserem Beispiel verwenden wir Raise3D TPU 95A und den Raise3D E2. Dieser Drucker bietet einen ausreichend großen Bauraum, um auch größere Fußgrößen zu drucken. Er hat zwei Printheads, sodass wir in IDEX (Mirror‑ oder Copy‑Mode) zwei Einlagen drucken können. Bei kleineren Einlagen lassen sich so zwei Stück parallel fertigen, was die Druckzeit reduziert. Bei größeren Einlagen nutzen wir nur einen Printhead.
Bevor die Einlagen gedruckt werden, benötigt der Drucker die entsprechenden Anweisungen. Raise3D bietet dafür die kostenlose Slicer‑Software ideaMaker (https://www.raise3d.com/ideamaker/). Darin lassen sich zahlreiche Einstellungen verändern, z. B. Infill‑Pattern, Geschwindigkeit, Kühlung, Infill‑Bereiche usw.
Düsendurchmesser (Hardware)
Standardmäßig ist der Drucker mit einer 0,4‑mm‑Düse ausgestattet. Diese bestimmt die Linienbreite. Je mehr Material pro Zeit extrudiert werden kann, desto kürzer ist die Druckzeit. Wenn Sie Einlagen mit guter Druckzeit herstellen möchten, empfehlen wir die Investition in eine 0,8‑mm‑Düse (Preis ca. 25 Euro).
| (pro Einlage) | 0,4 mm Düse | 0,6 mm Düse | 0,8 mm Düse |
|---|---|---|---|
| Druckzeit | 1 Std. 46 Min. | 1 Std. 10 Min. | 54 Min. |
| Gewicht | 30 g | 35,2 g | 37,2 g |
| Geschätzter Preis | $ 2.56 | $ 2.82 | $ 2.97 |
| Qualität | Hoch | Hoch | Grob, Drucklinien spürbar |
Optimale Slicer‑Einstellungen (Software)
Im Slicer gibt es zahlreiche Optionen. Häufig wird die Härte über Infill‑Muster und Prozentwert definiert. In unserem Beispiel verwenden wir das Muster „Lines“. Neben „Lines“ gibt es u. a. Grid, Rectangular, Honeycomb, Triangles, Cubic, Concentric und Gyroid. Mehr Infos in der ideaMaker‑Dokumentation.
Zusammen mit dem Infill‑Prozentsatz erzeugen wir die gewünschte Härte. Im Beispiel setzen wir 20% Infill, was im Vergleich zu EVA etwa 40 Shore entspricht. Weitere Einstellungen betreffen z. B. Kühlung, Druckgeschwindigkeit pro Layer/Infill/Skin, Shells usw.
Vorkonfigurierte Einstellungen
Wir bei LutraCAD haben viele Drucker mit unterschiedlichen Materialien und Settings getestet und arbeiten mit Experten zusammen, um die optimalen Einstellungen für den Einlagendruck bereitzustellen. In Zukunft werden wir weitere Drucker mit optimalen Einstellungen unterstützen. Innerhalb der Software haben wir die Produktion stark vereinfacht: kein manuelles Slicen mehr. Unsere Software automatisiert das Slicing für unterstützte Drucker und Materialien.
Beispielsweise sehen Sie hier den Mosaic Element HT für den Einlagendruck. Er verfügt über eine beheizte Kammer, wodurch hochfeste Bauteile mit besserer Layer‑Adhäsion gedruckt werden können.
Mehr über den Mosaic Element HT
Vierte Phase – Nachbearbeitung und Finish
Nach dem Druck sind die Einlagen bereit für das Finish. Einige Kunden bringen keine Decksohle auf und liefern das Produkt direkt nach dem Druck aus. Wir veredeln die Einlagen, damit sie wie ein hochwertiges Endprodukt wirken.
Auf dem Foto sehen Sie zwei identische gedruckte Einlagen: eine ohne Decksohle und eine mit Decksohle. Bisher haben wir viel positives Feedback zur Endproduktqualität erhalten.
Fazit
Jeder kann mit 3D‑Druck starten – aber von null anzufangen ist schwierig. Es braucht viele Tests und Feineinstellungen, um ein optimales Verhältnis aus Geschwindigkeit und Qualität zu erreichen. Mit den vorkonfigurierten Einstellungen, die wir bereitstellen, erhalten Sie eine Plug‑and‑Play‑Lösung: Filament einlegen, nach dem Design die Dateien senden – und los geht’s.
