Einlagen 3D-Durck vs. Fräsen

Fräsen vs. 3D-Druck in der Orthopädietechnik

Die Qualität der Einlagen und die Kosten Fertigungskosten hängen maßgeblich von der eingesetzten Fertigungstechnologie ab.

Die Digitalisierung der Einlagenfertigung hat Ende der 80er Jahre mit dem Aufkommen der Frästechnologie begonnen. Über knapp 3 Jahrzehnte war diese Technologie der Stand der Technik in der Herstellung individuell gefertigter Einlagen.

Seit Beginn der 2020er Jahre wird diese Technologie jedoch sukzessive durch den FDM-3D-Druck ersetzt. Seither entwickeln sich unter Orthopädieschuhtechnikern und Podologen zwei Lager, die die den 3D-Druck als Salonfähig sehen und bereits im Einsatz haben und die, die der Meinung sind, dass die Technologie noch nicht so weit ist.

Argumente für die jeweilige Technologie gibt es auf beiden Seiten. In diesem Artikel arbeiten wir die Unterschiede heraus, befassen uns mit Vor- und Nachteilen der Technologien und arbeiten die Grenzen in der Fertigung mit Fräsmaschinen und 3D-Druckern heraus.

Nachhaltigkeit und Materialvielfalt im Vergleich - 3D-Druck vs. Fräsen

Egal in welchem politischen Lager man sich zuhause fühlt, wir sind uns alle einig, dass nicht unnötig Abfall produziert werden sollte. Sprechen wir zunächst also über die Materialnutzung und vergleichen beide Technologien in Hinblick auf

1.       Anfallenden Abfall

2.       Recyclingfähigkeit der Materialien

3.       Materialvielfalt

In Bezug auf den anfallenden Abfall hat der FDM 3D-Druck klar die Nase vorn. Beim Fräsen entstehen enorme Materialverluste: Über 85% des Ausgangsmaterials landen als Abfall im Müll. Zudem sind die verwendeten EVA-Materialien nicht recycelbar. 
Der 3D-Druck hingegen arbeitet effizient und nachhaltig. Es wird nur so viel Material verbraucht, wie für die Einlage tatsächlich benötigt wird. Die dabei verwendeten TPU-Filamente sind außerdem in sortenreiner Form recycelbar. Das wird speziell für den Fall von fehlgeschlagenen Druckvorgängen interessant, da das Material noch unverarbeitet und unverklebt vorliegt.

Fehlinformationen häufen sich jedoch in Bezug auf bereits getragene oder mit Bezugsstoffen verklebte Einlagen aus dem 3D-Drucker. Diese sind nicht sortenrein und damit nicht einfach recyclebar. Bei getragenen Einlagen ist die Recyclingfähigkeit daher ebenso wenig gegeben, wie bei gefrästen Einlagen aus EVA Materialien.

In Bezug auf die Materialvielfalt schenken sich die beiden Technologien wenig. Es können sowohl beim 3D-Druck als auch beim Fräsen Materialien unterschiedlicher Härten und Rückstellfähigkeiten verarbeitet und auch kombiniert werden. In der Lagerhaltung und Verarbeitung tun sich dafür gewaltige Unterschiede auf, worauf wir später eingehen werden.  

 

Arbeitsaufwand und Lagerhaltung im 3D-Druck vs. Fräsen

Beim Arbeitsaufwand tun sich große Unterschiede zwischen dem Fräsen und dem 3D-Drucken von Einlagen auf. In unserer eigenen Fertigungsdienstleistung beispielsweise haben wir die Fräsfertigung mit Stationsarbeit organisiert, jeder Mitarbeiter ist für einen Arbeitsschritt zuständig. Diese sind in unserer Fertigung vermutlich etwas zahlreicher als in anderen Unternehmen, da wir Plattenware in 1x1m oder 2*1m Abmaßen zuschneiden müssen. Ob diese Arbeit in den einzelnen Unternehmen anfällt und Mitarbeiter dafür bezahlt werden, oder fertig geformte und verklebte Rohlinge bezogen werden, ändert nichts daran, dass die dabei anfallende Arbeit vergütet werden muss.

Bei uns sind das:

1.       Zuschneiden

2.       Polsteraussparung fräsen

3.       Polster kleben/ unterschiedliche Schichten verkleben

4.       Rohlinge aufbauen, da 30mm für die meisten EVA Platten die maximale Stärke sind

5.       Oberseite- und Unterseite Fräsen

6.       Zuschliff

Gefräste Einlagen erfordern zahlreiche manuelle Arbeitsschritte: Zuschneiden, Schleifen, Kleben und Anpassen. Jeder einzelne Schritt erhöht die Fertigungszeit und die Kosten.
Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck nahezu vollautomatisiert. Aufwendige Nacharbeiten entfallen – die Einlage ist sofort einsatzbereit oder benötigt nur minimale Anpassungen.

Beim 3D-Druck mit ein und demselben Material, durch die Verwendung verschiedener Geometrien beim Drucken, unterschiedliche Materialeigenschaften erreicht werden können. Zudem können mit dem pedFLX Foam Material auch unterschiedliche Eigenschaften nur über die Drucktemperatur erreicht werden, indem das Aufschäumverhalten beeinflusst wird.

Beim Fräsen aus EVA oder PU Blöcken werden hierfür unterschiedliche Materialien benötigt, die vorab verklebt oder vulkanisiert werden.

Mit dem 3D-Druck konnten wir die anfallenden Arbeitsschritte in unserer eigenen Dienstleistungsfertigung deutlich reduzieren.

1.       3D-Druck

2.       Ggf. Zuschliff

Eine Reduktion der Arbeitsschritte um 67%. Noch bedeutender ist, dass die Reduktion der manuellen Arbeitsschritte wie kleben und Schleifen sogar um 80% reduziert werden konnten.

Im Bild oben sehen Sie die Lagerhaltung für 15 Paar EVA Rohlinge. Verwendet man diesen Platz für pedFLX Filamente, wie im Bild ebenfalls dargestellt, reicht das für 100-150 Paar!

Präzision und Passgenauigkeit im 3D-Druck vs. Fräsen

Für den Komfort der Patienten ist die Passgenauigkeit entscheidend. Beim Fräsen kann die Präzision durch Faktoren wie Fräserdurchmesser oder Materialbeschaffenheit eingeschränkt sein. Dünne Wandungen reißen zudem leicht ein.
Beim 3D-Druck sind solche Probleme kaum vorhanden. Dank computergestützter Fertigung entstehen hochpräzise Einlagen, die sich exakt an die individuelle Fußform anpassen. Selbst kleinste Korrekturen können im digitalen Modell berücksichtigt werden.

Ein gängiges Vorurteil gegenüber 3D-gedruckten Einlagen liegt in der Möglichkeit der Nachbearbeitung. Viele sehen den 3D-Druck in der Einlagenfertigung gegenüber dem Fräsen aus EVA-Blöcken deshalb im Nachteil, weil sie scheinbar nicht nachbearbeitet werden können. 

DAS IST FALSCH!

Auch 3D-gedruckte Einlagen können einfach an der Schleifmaschine bearbeitet werden. Offene Strukturen zerfallen, anders als allgemein erwartet, nicht. Wir hatten in unserer eigenen Orthopädieschuhtechnik kürzlich eine Kundin, die zum Anmessen der Einlagen in Finn-Sandalen erschienen ist. Die Einlage wurde entsprechend breit und auch dick gefertigt. Beim Abholen hatte die Kundin es sich anders überlegt und wollte die Einlage in einem feineren, geschlossenen Schuh tragen. Wir mussten also sowohl die Basisstärke als auch die Breite bearbeiten – kein Problem!

Im Video ist die Bearbeitung einer 3D-gedruckten Einlage mit der Schleifmaschine zu sehen:

 

Es geht aber noch einfacher. Bei leichten Druckstellen kann die Einlage mit einem Heißluftföhn angewärmt und dann einfach mit der Hand verformt werden.

Zudem, und das ist auch in unserer Fertigung ein großes Argument für den 3D-Druck, sind die Einlagen aus dem Drucker frei vom Einfluss und handwerklichen Fähigkeit der Person, die den Zuschliff macht. Es kann ja nicht sein, dass Sie am CAD 0,5mm genau designen, damit an der Schleifmaschine dann Genauigkeit verloren geht. Und wer sagt, er kann manuell auf 0,5mm genau schleifen, ist ein Virtuose seines Fachs, davon wird es nicht viele geben. Am Ende ist der 3D-Druck wesentlich präziser!

 

Zeitaufwand und Effizienz - 3D-Druck vs. Fräsen

Gefräste Einlagen benötigen viele Vor- und Nachbereitungsschritte. Allein das Fräsen einer Einlage dauert rund 20 Minuten – hinzu kommen manuelle Arbeiten.
Mit dem 3D-Druck lassen sich Einlagenpaare bereits in 20–60 Minuten herstellen – ohne zeitaufwendige Nacharbeiten. Dadurch profitieren Patienten von kürzeren Wartezeiten und einer schnelleren Versorgung.

 

Designfreiheit im Vergleich - 3D-Druck vs. Fräsen

Gefräste Einlagen sind in ihrer Gestaltung stark limitiert. Besonders bei komplexen Formen oder Polsterungen stößt die Technik an ihre Grenzen.
Der 3D-Druck eröffnet hingegen ganz neue Möglichkeiten:

1. Unterschiedliche Zonen mit variabler Dämpfung lassen sich einfach integrieren.
2. Dünne Wandungen und filigrane Strukturen können problemlos umgesetzt werden.
3. Die Einlagen bleiben dabei leicht, komfortabel und individuell anpassbar.

Für Patienten bedeutet das: Mehr Komfort, bessere Funktionalität und Einlagen, die genau auf ihre Bedürfnisse abgestimmt sind.

 

Fachkräftemangel und Arbeitsumgebung

Ein weiterer Vorteil des 3D-Drucks ist die geräuscharme Produktion. Während Fräsmaschinen laut arbeiten und eine Werkstattumgebung erfordern, läuft der Druckprozess nahezu lautlos ab. Damit können Einlagen auch in modernen, patientennahen Einrichtungen gefertigt werden.

Auch für die wertvollen und knapp gesäten Fachkräfte ist die nahezu nicht vorhandene Geräusch- und Staubemission ein beim 3D-Druck von Einlagen eine deutliche Verbesserung der Arbeitsbedingungen. Fräsmaschinen sind und bleiben laut und dreckig.

Der Kampf um Fachkräfte wird speziell in unserem Handwerk immer intensiver. Mit dem 3D-Druck haben Sie hier 3 entscheidende Vorteile

1.       Weniger manuelle Arbeit benötigt weniger Mitarbeiter, Sie können sich also genau überlegen, wen Sie einstellen, da ihr Personalbedarf in der Fertigung geringer ist

2.      Attraktivität des Arbeitsplatzes. Wer möchte heute noch im Staub und Dreck arbeiten? Die junge Generation ist zudem mit dem 3D-Druck meist schon aus dem Hobbiebereich vertraut. Seien Sie Vorreiter und entstauben Sie Ihre Werkstatt!

3.       Die wertvollen Fachkräfte, die Sie beschäftigen, möchten Sie vorne am Patienten einsetzen. Sie sehen es täglich in Ihrer Firma, oft sind die Orthopädie-Techniker, -Schuhtechniker und Podologen die letzte Hoffnung für die Kunden. Da wollen Sie sich ausreichend Zeit für sie nehmen. Alles geht immer schneller und auch, wenn künftig Diagnosen von KI gestellt werden, möchten die Menschen doch immer mit Menschen sprechen. Also automatisieren Sie Ihre Fertigung und setzen Sie die gesparte Zeit am Patienten ein.

 

Kostenvergleich 3D-Druck vs. Fräsen

Wie oben schon erwähnt, sind Lagerhaltung, Materialvielfalt und Mehrschicht-Materialien Kostentreiber, die fast ausschließlich beim Fräsen anfallen. Auch der entstehende Abfall wird beim Kauf der Materialien bezahlt damit am Ende auch noch bei der Entsorgung Kosten anfallen.

Personalkosten sind beim Fräsen ebenfalls weitaus höher als beim Drucken. Die Einlagen 3D-Drucker mögen etwas mehr Zeit für die Abarbeitung als eine Fräsmaschine brauchen, haben jedoch deutliche Vorteile in Bezug auf die anfallende manuelle Vor- und Nacharbeit, was den größten Kostentreiber – Personal – negativ beeinflusst.

Die 3D-Drucker sind in der Anschaffung grundsätzlich günstiger, als die Fräsmaschinen. Zudem sparen Sie bei der weiteren Infrastruktur enorm (Absauganlagen – Klebestationen – Mitarbeiterplätze – Stanzmaschinen – reiner Platzbedarf)

Die reinen Materialkosten belaufen sich ebenfalls auf einen Bruchteil beim 3D-Druck im Vergleich zum CNC-Fräsen von Einlagen. Vor allem, wenn Polster verbaut werden sollen, ist der 3D-Druck die günstigere Alternative. 1Kg TPU sind ausreichend für ca. 10-15 Paar Einlagen, bei kleinen und dünnen Einlagen (bis Gr. 38) können auch mehr als 20 Paar gefertigt werden. 

Wenn Sie Ihre Fertigung skalieren möchten, führt am 3D-Druck in der Einlagenfertigung kein Weg vorbei.  

 

Fazit: Warum 3D-Druck bereits heute alternativlos bei der Herstellung orthopädischer Einlagen ist

Der direkte Vergleich zeigt:

• Fräsen ist ein etabliertes, aber material- und arbeitsintensives Verfahren.
• 3D-Druck bietet Präzision, Nachhaltigkeit und Effizienz.

Für Orthopädietechniker ist es die Möglichkeit, Einlagen schneller, leiser und wirtschaftlicher zu produzieren.

Unsere Cash-Cow über 3 Jahrzehnte war das Fräsen. Als erste Firma weltweit, die CAD Basiert Einlagen gefräst hat, haben wir unsere Fertigung voll auf den 3D-Druck umgestellt.

Kontaktieren Sie uns gerne und erfahren Sie mehr über den Einsatz des 3D-Drucks in der Praxis.