3D-Druck in der Orthopädie­schuh­technik

Schuhleisten aus Holz fräsen oder abformen und schäumen

Traditionell wird der Leisten aus Holz gefräst, wobei bevorzugt Buchenholz zum Einsatz kommt. Hierzu werden die Maße von Sohlenumriss, Ballen, Rist, Ferse und Wadenumfang genommen und danach der Holzklotz in stundenlanger Feinarbeit gefräst und geschliffen. Alternativ hierzu werden Gipsabdrücke des Fußes mit Zwei-Komponenten-Schaum ausgegossen, der nach seiner Aushärtung feingeschliffen wird. Beide Vorgänge sind nicht nur zeit- und materialaufwendig, sondern auch dementsprechend kostspielig.

Leistenrohlinge bestellen und in Form schleifen

Die Industrie bietet Orthopädie-Schuhmachern Zeitersparnis durch das Angebot von Leistenrohlingen, die bereits grundsätzlich über die passende Schuhgröße und die richtige Fußform verfügen. Gerade im Bereich der orthopädischen Schuhtechnik ist jedoch auch hier viel Nacharbeit und Feinschliff erforderlich, bis der Leisten perfekt zum Fuß des Kunden passt.

CAD-Leisten konfigurieren und fräsen

Wer über eine CAD-Software und das entsprechende Know-how verfügt, kann individuelle Leisten für die Maßschuhe seiner Kunden selbst konstruieren und die fertigen Modelle entweder mit der eigenen Fräsmaschine fertigen oder diesen Schritt bei einem externen Dienstleister in Auftrag geben. Letzteres nimmt jedoch in der Regel mehrere Wochen in Anspruch.

Beschleunigte Leistenproduktion mittels 3D-Druck

Für welche dieser Vorgehensweisen auch immer sich ein auf Orthopädie spezialisierter Schuhmacher entscheidet – in der Regel werden für die individuelle Leistenfertigung einige Wochen Vorlaufzeit benötigt, bevor mit der Maßanfertigung des individuellen Schuhwerks begonnen werden kann. Dieser immense Zeitbedarf lässt sich erheblich reduzieren, wenn die Schuhleisten per Additive Manufacturing erzeugt werden. Neben der Orthopädieschuhtechnik hält diese Methode auch zahlreiche Vorteile für die klassische Maßschuhanfertigung oder für den Prototypenbau im Bereich der Serienfertigung von Schuhleisten bereit.

TPU als Werkstoff für 3D-gedruckte Schuhleisten

Bei der herkömmlichen Leistenfertigung bestehen hohe Anforderungen an den verwendeten Holzwerkstoff, da er in der Werkstatt des Schuhtechnikers starken Beanspruchungen standhalten muss. In der additiven Fertigung der orthopädischen Schuhleisten hat sich für PROTIQ thermoplastisches Polyurethan (TPU) als ideal erwiesen. Hierbei handelt es sich um einen synthetischen Kunststoff , der die elastischen Eigenschaften von Gummi vorteilhaft mit zugleich hoher Festigkeit gegen mechanische Belastungen verbindet. In enger Zusammenarbeit mit dem Materialhersteller BASF wurden die Prozessparameter des TPU so angepasst, dass sie optimal zu den Anforderungen der Orthopädieschuhtechnik passen. Bei PROTIQ wird das Material im 3D-Druck-Verfahren des Selektiven Lasersinterns (SLS)  schichtweise verschmolzen, wodurch sich eine deutlich höhere Präzision und Robustheit erzielen lässt als beispielsweise mittels Fused Deposition Modeling (FDM).

3D-Modelle der Leisten per CAD oder 3D-Scan

Um für die additive Fertigung die Grundlage zu schaffen, können Schuhtechniker alle relevanten Maße des Fußes manuell erheben und ein 3D-Druck-Modell der individuellen Leiste mithilfe einer CAD-Software konstruieren. Wem hierfür das nötige Programm oder das Know-how fehlt, kann die Erstellung einer 3D-Druck-Datei anhand der ermittelten Fußdaten auch extern in Auftrag geben. Eine zeitsparende Alternative stellt die Datengenerierung mittels eines 3D-Scans dar. Orthopädie-Schuhmacher, die über einen entsprechenden Scanner (z. B. einen mobilen Fußscanner) verfügen, erfassen damit entweder einen Abdruck oder direkt den Fuß ihres Kunden. So sind in kurzer Zeit digitale Daten vorhanden, die sich am Computer individuell weiterbearbeiten lassen.

Orthopädische Schuhleisten aus dem 3D-Drucker

Bei beiden Vorgehensweisen fließen die fachkundliche Diagnostik des Schuhtechnikers und das Therapieziel für den erkrankten bzw. fehlgebildeten Fuß direkt in das Leistenmodell ein. Bedient man sich nun eines additiven Fertigungsverfahrens, so ist Verlass darauf, dass der Leisten exakt so aus dem 3D-Drucker kommt, wie er am Computer modelliert worden ist. Selbst besonders großformatige Leisten lassen sich auf diese Weise produzieren: Eine entsprechend dimensionierte 3D-Druck-Anlage hat PROTIQ gemeinsam mit dem TPU-Hersteller BASF eigens für diesen Anwendungszweck qualifiziert. Anhand des fertigen 3D-gedruckten Leistens können schließlich im Handumdrehen Probeschuhe mit dem eigenen Vakuum-Tiefziehgerät hergestellt werden, was deutlich schneller und günstiger vonstattengeht als das Drucken eines Probeschuhs. Zusammengefasst handelt es sich um das derzeit innovativste Verfahren, wenn es um die Fertigung individueller Maßschuhe geht. Kunden profitieren von perfekt auf ihren Fuß abgestimmtem orthopädischen Schuhwerk, das sie in kürzester Zeit zur Anprobe erhalten können.

Vorteile des Materials TPU für orthopädische Schuhleisten:

• Hervorragende mechanische Eigenschaften
• Nahezu verschleißfrei
• Hält Beanspruchungen durch Kleben, Schleifen und Bohren problemlos stand
• Biegsamkeit vereinfacht das Entnehmen der Leisten aus dem fertigen Schuh
• Reduziertes Gewicht der Leisten gegenüber herkömmlichen Holzmodellen
• Griffige Oberfläche erleichtert die Handhabung

Vorteile der additiven Fertigung für die Orthopädieschuhtechnik:

• Hohe Passgenauigkeit durch computergenaue Leistenmodelle
• Einfache Anpassungsmöglichkeiten
• Reproduzierbare Leistenmodelle, die sich jederzeit nachdrucken lassen
• Je nach Bedarf alle gängigen Teilungen der Leisten realisierbar (2-teilig, 3-teilig, treppen- bzw. stufenförmig und vieles mehr)
• Individuelle Kennzeichnungsmöglichkeiten zur Identifizierung der Leisten
• Sehr kurze Produktionszeiten

3D-gedruckte Schuhleisten in der Werkstatt

Die aus TPU gefertigten Schuhleisten können genauso bearbeitet werden, wie ihre Pendants aus Holz. Durch ihre griffige Oberfläche liegen sie dabei stets sicher in der Hand und entlasten durch ihr geringes Gewicht die Arme des Schuhmachers. Trotzdem halten die Leisten auch den typischen Arbeitsschritten der Schuhherstellung stand: Sie können ohne Probleme getackert, geschliffen und beklebt werden, ohne Verschleißerscheinungen zu zeigen. Auch bei hohem Druck, beim Fräsen und Bohren halten sie ihre Form und stehen den traditionellen Leisten in nichts nach.