Zwischen ­Stagnation und Fortschreiten

In der Theorie klingt es relativ einfach: Bevor ich schlafen gehen, schicke ich Daten an einen 3D-Drucker und am nächsten Tag nehme ich den fertigen Leisten einfach heraus und weiter geht’s mit dem Schuhbau. Seit fast fünf Jahren experimentiert und tüftelt OSM Achim Oberle in Ettenheim in Sachen 3D-Druck und kann dabei durchaus als ein Vorreiter in der Branche bezeichnet werden. „Wie weit ist denn die Technik mittlerweile?“, so die Frage an ihn. „Für Probeschuhe ist die Technik absolut praxistauglich“, so sein Fazit. Innerhalb zwei Stunden könne er einen drucken, damit die Passform überprüfen, Änderungen noch digital vornehmen und mit den Leistendaten gleich den Schaft bestellen. Und dies zu einem Materialkostenpreis von zirka zwei Euro. Allerdings bieten sich dafür nur „leichte“ Versorgungen an, bei schweren Versorgungsfällen greift er auf die „alte“ Technik mit Tiefziehen zurück. Denn ein kleiner Nachteil ist das Material: Die Folie ist leicht milchig und nicht völlig durchsichtig. „Das lässt sich auch nicht ändern“, beschreibt Achim Oberle diesen Fakt.

Grundvoraussetzung ist dabei eine gute Vorarbeit. „Eine Stunde muss man für das Modellieren am PC schon einrechnen“, erklärt der Orthopädieschuhmacher-Meister. Für ihn sind mittlerweile die am Markt erhältlichen Konstruk­tionsprogramme so ausgereift, dass jeder, der eine gewisse technische Affinität mitbringt, sich darin einarbeiten kann und gute Ergebnisse beim Modellieren erzielt. „Mittlerweile sitze ich mehr am Computer, als an der Schleifmaschine“ erzählt Oberle mit einem Augenzwinkern. Was bei Probeschuhen gut funktioniert, ist beim Leisten noch nicht die Regel. Hier ist die Druckzeit länger – bis zu 20 Stunden – und wenn hier was hakt, kommt man schnell in Zeitverzug. „Die Warteschlange wird dann immer länger und länger“, beschreibt Achim Oberle diesen Zustand. Er selber ist deswegen wieder zum Holzleisten zurückgekehrt, den er extern fräsen lässt. „Holz ist ein Naturprodukt und die Haptik ist für mich persönlich auch ein wichtiges Argument“. Zudem die 3D-Leisten dünnwandig aufgebaut sind und es passieren kann, dass beim Weiterverarbeiten – sprich Beschleifen – das Innenleben zum Vorschein kommt. Doch es ist mehr das Zeitargument, das im Moment gegen den Druck von Leisten spricht. Ein gedruckter 3D-Leisten ist stabil genug, beschleif- und nagelbar. Zudem fällt wenig Überschuss an, was eine gewisse Nachhaltigkeit mit sich bringt. Am Material liegt es also nicht. Auch die Technik der 3D-Drucker ist aus Sicht von Achim Oberle sehr weit. Er besitzt mittlerweile vier von ihnen, wobei er sie unterschiedlich für den Leisten- und Probeschuhdruck einsetzt und auch schon im Bereich Einlagendruck Erfahrung sammelt. Sie sind relativ verschleißarm und kleinere Reparaturen führt er inzwischen selbst durch. „Es müsste mehr gehen“, kommt der OSM auf die oben gestellte Frage zurück. In den Bereichen Leisten, Ein­lagen oder Bettungen sehe er noch Potenzial für weitere Entwicklungen, doch alles ginge sehr langsam voran. Dabei tun sich überall Fördertöpfe auf, denn Bundesregierung und die Länder haben erkannt, dass in Deutschland im Bereich Digitalisierung Nachholbedarf besteht. „Man muss sie nur finden, anzapfen und Ideen dann auch umsetzen“, umreißt OSM Achim Oberle seine Zukunftspläne.

Für Jens Majewski, Geschäftsführer der Go-tec GmbH in Münster, hat der 3D-Druck in der Branche schon überzeugte Anwender gefunden. Das seien Handwerker, die neue Technologien einsetzen wollen, gleichzeitig aber Wert darauf legen, dass sie alles selbst in der eigenen Werkstatt fertigen können. Größer als die Nachfrage nach gedruckten Leisten sei derzeit aber das Interesse an einer Lösung für den Druck von Probeschuhen. „Egal ob man die Leisten druckt oder später aus Holz fräsen lässt: Mit dem gedruckten Probeschuh habe ich einen vollständig digitalen Prozess“, erläutert Jens Majewski. „Messen, kon­struieren, fertigen: Dieses Dreigestirn muss zusammenpassen, sonst passt der Prozess nicht.“ Dafür bietet Go-tec jetzt ein Gesamtpaket aus Vollfuß-Scanner, CAD und Drucker an. Eigentlich, so Majewski, hätte die Messe in Leipzig der erste Praxistest dafür werden sollen, bei dem die Anwender alles ausprobieren können. Durch die Corona-Krise sei nicht nur die Messe ausgefallen. Es habe auch Probleme mit der Lieferung einzelner Komponenten gegeben. Jetzt sei aber alles beisammen und man könne das System, das einen einfachen Einstieg in digitale Produktionsprozesse und den 3D-Druck biete, anbieten. Mit dem Scanner wird dabei der gesamte Fuß dreidimensional in wenigen Sekunden vermessen. Der Leisten wird mit dem CAD-System „GPOptiCAD“ gestaltet und mit den Daten kann der Probeschuh gedruckt werden. Damit ist eine Passformkontrolle möglich, noch bevor der Leisten überhaupt hergestellt wird. Änderungen können dann digital durchgeführt werden. „Ob der Leisten dann später gedruckt oder aus Holz gefräst wird, liegt dann in der Entscheidung bei dem Anwender“, so Majewski. Das Verfahren biete dabei jedem Handwerker die Möglichkeit, seine bevorzugte Arbeitsweise umzusetzen. Die einen Orthopädieschuhmacher würden es bevorzugen, einen Probeschuh wie einen Bruttoleisten mit Platzhalter für eine Bettung zu drucken und die Passform dann mit einer gefrästem Arbeitsbettung in der passenden Stärke zu kontrollieren. Andere bevorzugten es, den Probeschuh als Nettoleisten zu drucken, weil sie die Probebettung mit den CAD-Daten auf ihrer Einlagenfräse individuell fertigen. Wer lieber einen Nettoleisten fertige, könne aber dennoch mit wenigen Klicks einen Brutto-Probeschuh drucken. Die Vorteile des gedruckten Probeschuhs liegen nach Ansicht von Jens Majewski zum einen in der Zeitersparnis. Statt auf den Leisten zu warten, über den dann der Probeschuh erstellt werden kann, könne man zeitnah – schon kurz nach dem Maßnehmen –die Passformprobe vornehmen. Diese Probe vor der eigentlichen Leistenfertigung, erspare auch Nacharbeit am Leisten beziehungsweise den späteren Gang an die Schleifmaschine, der häufig nach der klassischen Anprobe mit dem tiefgezogenen Probeschuh nochmals ansteht. Dass es so ist, folgert Jens Majewski vor allem aus den Aussagen der Anwender, die nach dem gedruckten Probeschuh auch den Leisten drucken. Dadurch hätten sich auch die Wandstärken der gedruckten Leisten reduziert, weil durch die vorhergehende Anprobe der fertige Leisten nicht mehr – oder nur sehr wenig – nachgeschliffen und nachbearbeitet werden muss.

„Die Euphorie ist verflogen“. Mit dieser Aussage beschreibt Matthias Reichhardt, Geschäftsführer der Schuhleistenfabrik M. Spenlé GmbH in Ellrich, seine Einschätzung der 3D-Druck-Entwicklung von Leisten in der Orthopädieschuhtechnik. „Wenn ein Betrieb völlig autark sein will, dann macht es vielleicht Sinn“. Doch ob dies wirtschaftlich sei, stehe auf einem anderen Blatt, so Reichhardt. Ein Betriebsinhaber müsse sich fragen, wie hoch die wirklichen Investitions-, Material- und Personalkosten sind, wie hoch der Zeitaufwand – Konstruktion, Druck, Bearbeitung – dabei ist und ob der Bedarf überhaupt vorhanden ist. „Wer im Durchschnitt zwei bis drei Paar orthopädische Maßschuhe als Neuversorgung in der Woche macht, wird hier kaum betriebswirtschaftlich auf seine Kosten kommen“, so seine Einschätzung. Und dann ist es auch nicht unbedingt gegeben, dass keine Nacharbeiten nötig sind. Dies gebe die übliche 3D-Software noch nicht her, so die Meinung von Matthias Reichhardt, und auch der Orthopädieschuhmacher müsste sich sehr intensiv mit der Software beschäftigen und einarbeiten, wofür er meist gar nicht die Zeit habe. Den großen Durchbruch beim 3D-Druck sieht auch André Wiest, Geschäftsführer der Wiest GmbH in Illertissen, noch nicht. Sie bieten zwar mit der CAD-Software Canfit Footware Design und unter anderem den handgeführten 3D-Scanner Spectra Produkte an, mit deren Hilfe Daten für Leisten und auch Probeschuhe konstruiert und gedruckt werden können. Doch Anfragen, dass er damit 3D-Leisten drucken soll, hat er noch nicht erhalten. Und auch er stellt die Frage, ob zum jetzigen Zeitpunkt schon ein wirtschaftliches und zeitsparendes Arbeiten damit möglich ist. Sollte sich dies ändern und die Nachfrage da sein, könne man aber auch dies anbieten, so Wiest.

„Mittelfristig wird der 3D-Drucker die Fräse im OST-Betrieb ersetzen“. Davon ist OSM Rüdiger Hinrichs von der Flensburger Firma CAD-CAM Hinrichs ganz fest überzeugt und setzt noch eines drauf: „Alle Kolleginnen und Kollegen die jünger als 40 Jahre sind, werden noch lernen müssen, ohne Holzleisten zu arbeiten“. Zukünftig werde man auf gedruckten Einlagen laufen und mit gedruckten Probeschuhen und gedruckten Leisten arbeiten. Und warum? Weil hier noch Einsparpotenziale möglich sind. So liegt für Hinrichs die Differenz bei der Herstellung eines „handgefertigten“ und einem gedruckten Leisten bei rund 100 Euro. „Das würde sich auf jeden Fall lohnen: bei Investitionskosten von rund 15000 Euro für Software und Drucker hätten sich diese bei 150 Leisten amortisiert – somit nach drei Jahren bei vier bis fünf Paar im Monat“, rechnet er vor. Bei der Einlage liege man bei den Herstellungskosten noch gleich auf, aber auch das wird sich nach seiner Einschätzung ändern. Natürlich muss eine Affinität für die Arbeit am Computer und der Beschäftigung mit Software und Hardware gegeben sein. „Wer lieber an der Fräsmaschine steht und seine Arbeit im wahrsten Sinne des Wortes „Begreifen“ möchte, findet sicherlich keinen Zugang zu dieser Arbeitsweise“, ist sich Rüdiger Hinrichs bewusst. „Dafür haben sie ja ein Handwerk erlernt.“ Wer sich unsicher ist, ob diese Arbeitsweise zu ihm passt, sollte sie ausprobieren. „Software kann zum Beispiel gemietet werden“, erläutert Hinrichs. Und die Anbieter geizen auch nicht mit Hilfestellungen, Schulungen und Tipps. Stimmen müssen beim 3D-Druck aber auch die Technik und das Material. Die Kalibrierung der Druckdüsen, ein blitzsauberes Druckbett, die Beachtung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit sind wichtige Voraussetzungen für ein gutes Druckergebnis. Auch beim Filament – sprich dem „Druckmaterial“ – sollte man auf Qualität achten und wegen des vermeintlich günstigeren Preises nicht immer wechseln. „Software, Filament und Drucker sind entscheidend für ein gutes Druckergebnis“, fasst Rüdiger Hinrichs zusammen. Und natürlich die Kons­truktionsarbeit am PC. Hier rechnet Hinrichs mit zirka 20 bis 30 Minuten für einen Leisten, dazu kommen vier bis sechs Stunden Druckzeit für das Paar. Ein Paar Probeschuhe benötigen rund acht bis zwölf Stunden, weil sie aus weicherem Material gedruckt werden. „Ich weiß, hier werden in der Branche auch andere Zeiten genannt“, ist sich Hinrichs bewusst. Doch auch hier setzt er auf den Faktor Zeit und dass Druckverfahren und Drucker entwickelt werden, die diese Zeiten weiter reduzieren. Und dann werden die Fräsen wohl doch aus den Betrieben verschwinden.

Die Digitalisierung der Lebens- und Arbeitswelt verändert das Verhalten und die Ansprüche jedes Einzelnen. Denken wir zum Beispiel daran, wie die Corona-Krise Arbeitsprozesse verändert hat. Online-Besprechungen, Videokonferenzen oder Homeoffice wurden zum Alltag. Digitale Kommunikation, digitale Informationen und digitaler Konsum waren plötzlich möglich. Es spricht einiges dafür, dass sich der 3D-Druck in einigen Bereichen als Standard bei der Versorgung etabliert. Es spricht aber auch einiges dafür, dass dies noch einige Zeit dauern wird und die Technik noch Fortschritte machen muss. Trotzdem sollte man sich ihm gegenüber offen zeigen und nicht nur die Risiken, sondern vor allem die Chancen sehen. Übrigens – vor 10 Jahren am 27. Januar 2010 stellte Steve Jobs im Novellus Theater des Yerba Buena Center for the Arts in San Francisco eine Tablet vor. In Deutschland ging das iPad der ersten Generation am 28. Mai des gleichen Jahres erstmals über den Ladentisch. Die Wi-Fi-Variante wog 680, die Wi-Fi-3G-Version 730 Gramm, der Arbeitsspeicher betrug 256 MB, die Akkulaufzeit wurde mit etwa zehn Stunden angegeben und eine Kamera hatte das erste iPad nicht. Der Rest ist Geschichte.

Als 3D-Druck bezeichnet man ein Fertigungsverfahren, das ausgehend von einem digitalen Modell dreidimensionale Objekte durch schichtweisen Materialauftrag erstellt. Gedruckt wird das Objekt Schicht für Schicht von unten nach oben. Aufgrund dieses Aufbauprinzips sprechen Fachleute von einer additiven Fertigung – der Druck erfolgt, indem das Filament nach und nach hinzugefügt wird. Die ersten Techniken des 3D-Drucks wurden bereits in den 1980er-Jahren entwickelt. Die Übertragung in den medizinischen Bereich fand jedoch erst im vergangenen Jahrzehnt statt. Die Begriffe „Fused Deposition Modeling“ (auch die Kurzform FDM) sind Eigentum der Firma Stratasys. Der Begriff „Fused Filament Fabrication“ (FFF) ist geprägt worden durch das Open-Source-Projekt „RepRap“. Daneben gibt es noch die Verfahrensbezeichnung Fused Layer Modelling (FLM).

In der Medizintechnik hat der 3D-Druck schon Einzug gehalten. Mit der Technologie lassen sich Implantate erzeugen, die millimetergenau an die Patientenanatomie angepasst sind. Ein solches Kniegelenk, Hüfte oder Schulter soll dann besser sitzen und auch besser einwachsen. Einige Kliniken bieten ihren Patienten schon 3D-Druck-Implantate an. Die kosten etwa doppelt so viel wie herkömmliche, werden aber unter Umständen von den Krankenkassen bezahlt. Die Begründung: durch das individuell angepasste Implantat sind später weniger Arztbesuche und Eingriffe nötig. Allerdings fehlen noch Langzeiterfahrungen, wie sich die Implantate aus dem 3D-Drucker im Laufe der Jahre verändern. Diese werden erst seit rund vier Jahren eingesetzt. Ein herkömmliches Implantat hält im Durchschnitt 15 Jahre. Es laufen auch Forschungen wie durch 3D-Druckverfahren aus biologischen Materialien Gewebe (z.B. Bindegewebe oder Knochen) und sogar Organe hergestellt werden können. Hier ist man allerdings noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium. Ärzte können sich mittlerweile an chirurgischen Modellen, die individuell auf den Patienten zugeschnitten sind, auf Operationen vorbereiten, den Ablauf trainieren, etwaige Komplikationen verkennen und sich Lösungen überlegen. Auch diese Modelle werden im 3D-Druck erzeugt.

Ein Feld, in dem das dreidimensionale Drucken schon heute viel genutzt wird, ist die Zahntechnik. In vielen Dentallaboren hat die digitale Technik das Fräsen und das Gießen ersetzt. Der 3D-Druck ermöglicht hier ein präziseres Arbeiten, beim Fräsen musste der Patient eher Abstriche hinnehmen. Zudem ist beim Fräsen der Materialverbrauch höher. Das Gießen ist sehr zeitintensiv, zudem die Materialdichte begrenzt. Beim 3D-Druck kann während eines einzigen Druckvorgangs etwa eine Brücke an unterschiedlichen Stellen steifer oder elastischer produziert werden. Das Fazit: Zahnersatz und Implantate sind klein, sie zu drucken geht wesentlich schneller als sie konventionell herzustellen. Auch die Kieferorthopädie und -chirurgie profitiert vom 3D-Druck: Auf Basis der Daten, die mithilfe des sogenannten DVT-Röntgens (Digitale Volumenfotografie) gewonnen werden, kann ein Modell des Kiefers gedruckt werden. Damit kann der Arzt dem Patienten die Behandlung und den Verlauf anschaulich zeigen. Zudem gehört der Löffelabdruck der Vergangenheit an. Schienen und Zahnspangen werden einfach am Computer berechnet und ausgedruckt. Übrigens – auch bei Hörhilfen hat sich der 3D-Druck als Standardlösung durchgesetzt – vor allem zur Herstellung von Ohrpassstücken. Bislang wurden diese ­Otoplastiken meist im Positiv-Negativ-Positiv (PNP)-Verfahren gefertigt. Dabei wurde nach einer Abformung des Ohres ein Negativ erstellt, dieses mit Acryl ausgegossen und unter Druck ausgehärtet. Der Rohling wurde dann per Hand in die gewünschte Form gefräst und dem Kunden angepasst. Beim 3D-Druck ist dagegen nur die Abformung des Ohres nötig, ein Negativ muss nicht mehr erstellt werden. Stattdessen wird die Abformung eingescannt, am PC bearbeitet und ein Modell kreiert. Anhand des fertigen Modells erstellt der 3D-Drucker das Ohrstück. Dabei ist die Genauigkeit von 0,1 Millimeter etwa zehnmal besser als beim PNP-Verfahren – was die Passform weiter verbessert und auch den Tragekomfort erhöhen soll.