15. November 2021

Die Produktion wird digitaler

Foto: fotofabrika/AdobeStock

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Scannen, CAD, dann Fräsen und Drucken: Die Digitalisierung von Herstellungsprozessen ist längst Teil der Orthopädieschuhtechnik geworden. Noch haben die neuen Techniken das traditionelle Handwerk nicht verdrängt. Doch vieles spricht dafür, dass die Technik künftig noch stärker die Arbeitsprozesse in der Orthopädieschuhtechnik bestimmen wird.

Digitale Prozesse gab es in der Orthopädieschuhtechnik lange, bevor die Digitalisierung zu einem allgemeinen Schlagwort wurde. 1992 wurde die erste Einlagenfräse in der Orthopädieschuhtechnik präsentiert. Kurze Zeit später folgte ein CAD-System für die Gestaltung und das Fräsen von Schuhleisten. Erstmals wurden damit CAD-Systeme angeboten, mit denen Orthopädieschuhmacher direkt in ihrem Betrieb arbeiten konnten. Diese Systeme fanden schnell Anwender, wenn auch nicht in großer Zahl. Einige Komponenten, wie zum Beispiel 3D-Scanner kosteten damals noch sehr viel Geld. Zudem schreckte viele Nutzer zu Beginn ab, dass sie sich nicht nur in die Software einarbeiten, sondern ihre Arbeitsweise umstellen mussten. Während man bei der handwerklichen Produktion jeden Schritt mit den Händen und Augen direkt am Objekt kontrollieren kann, war bei der Arbeit mit dem Computer abstraktes räumliches Vorstellungsvermögen gefordert, um sich das Endprodukt genau vorstellen zu können.

Noch werden die meisten Einlagen in klassischer Technik  gefertigt. Doch Qualifikationen in CAD-Technik werden im Handwerk wichtiger werden.  Foto: ZVOS/FotogloriaDoch die Pioniere blieben nicht lange allein. Im Laufe der neunziger Jahre kamen weitere Anbieter hinzu, die Frässysteme für Einlagen oder Schuhleisten anboten. Heute gibt es eine Vielfalt von Anbietern von CAD-Systemen, Scannern und Fräsen im Markt. In jüngster Zeit kamen auch Systeme für den 3D-Druck hinzu. Vor allem die Möglichkeit, das Fräsen oder den 3D-Druck bei einem Dienstleister als Service einzukaufen, haben diesen Technologien in den letzten Jahren einen Schub verliehen. Durch den Wegfall der Investitionskosten für die Fräse wurde es auch für kleinere Betriebe möglich, in diese Technologie einzusteigen. Hinzu kam, dass auch die CAD-Programme anwenderfreundlicher wurden. Sie orientieren sich stärker an der klassischen Arbeit im Handwerk und ermöglichen so ein intuitiveres Arbeiten.

Digitalisierung hat viele Aspekte

In den letzten 30 Jahren konnte das Handwerk viele Erfahrungen mit neuen Technologien sammeln. Nicht selten wurde die anfängliche Euphorie über die neuen Möglichkeiten in der praktischen Anwendung gedämpft. Wie oft bei orthopädischen Hilfsmitteln sind die am Körper genommenen Maße nur ein Teil der Lösung. Wer scannte, musste sich mit der Frage auseinandersetzen, wie er den Fuß scannt. Ob der Fuß belastet oder unbelastet gescannt wird, beeinflusst die Umfangsmaße. Außerdem ändert der Fuß sein Volumen im Lauf des Tages. Und mochte der 3D-Scanner noch so exakt messen: Ein genaues Abbild des Fußes in einer Fehlstellung bringt wenig Vorteile, wenn man bedenkt, dass man die korrigierte Fußform ganz einfach über einen Gipsabdruck erhält. Diesen bereits korrigierten dreidimensionalen Fußabdruck einzuscannen erwies sich für viele effizienter, als den Fuß im Computerprogramm aufwändig in die richtige Stellung zu korrigieren.

Fräsen für Einlagen und Schuhleisten haben sich unzweifelhaft einen Platz in der Orthopädieschuhtechnik erobert. Manche, die in die CAD- und Frästechnik einstiegen, kehrten jedoch auch wieder zu den traditionellen Techniken zurück. Einlagenfräsen setzen die konstruierten Daten zwar millimetergenau um und können die Einlage jederzeit reproduzieren. Dem individuellen Arbeiten mit unterschiedlichen Materialien sind jedoch durch die Fräsrohlinge Grenzen gesetzt. Punktuelle Verstärkungen oder Polsterungen müssen auch hier von Hand gearbeitet werden.

Das mag der Grund sein, dass in jüngster Zeit „analoge“ Techniken mit Digitaltechnologie verknüpft wurden. So kann bei einem Anbieter über einen Online-Konfigurator die Einlagenform individuell gestaltet werden. Die Herstellung erfolgt dann, indem die Einlage über einen Einlagenleisten geschäumt wird, auf dem die zuvor ausgewählten Korrekturelemente, Polster oder Verstärkungen positioniert werden.

In vielen Industriebereichen hat sich der 3D-Druck als Herstellungsverfahren für Einzelstücke oder Kleinserien etabliert. Auch in der Orthopädieschuhtechnik hat diese Technologie, bei der ein Werkstück Schicht für Schicht aufgebaut wird, längst Freunde gefunden. Der „Charme“ dieses Verfahrens, bei dem die Objekte schichtweise aufgebaut – gedruckt – werden, wird schnell klar, wenn man sich neben eine Fräse stellt und zusieht, wie der Fräskopf Schicht für Schicht abträgt, bis zum Schluss vielleicht 10 oder 20 Prozent des Materials übrigbleiben. 80 bis 90 Prozent des eingesetzten Materials landen im Müll oder müssen recycelt werden. Beim 3D-Druck wird nur das Material eingesetzt, das später im Produkt ist. Hierfür stehen ganz unterschiedliche Verfahren zur Verfügung. Die ersten Anwender in der Orthopädieschuhtechnik nutzten sogenannte Filamentdrucker, da die Drucker zu einem verhältnismäßig kleinen Preis die Möglichkeit boten, das Potenzial dieser neuen Technologie zu erkunden. Parallel dazu bieten seit einigen Jahren auch Dienstleister den Service an, Einlagen, Leisten oder Orthesen im Auftrag zu drucken – meist auf Anlagen, die dem Industriestandard entsprechen.

Wie bei der Einführung von Scannern, CAD und Fräsen veränderte die Erfahrung der ersten Anwendungen die Art und Weise, wie die Technik eingesetzt wird. Bei ersten Versuchen mit sehr hartem Material für Leisten zeigte sich zwar, dass die Form ausreichend stabil ist für den Produktionsprozess. Das Beschleifen des Leistens oder das Nageln im Produktionsprozess erwies sich jedoch als nicht wirklich praxisgerecht. Neue Materialien mussten entwickelt werden, die den klassischen Leistenmaterialien aus Holz oder Hartschaum näher kommen und so die gewohnten Arbeitsabläufe ermöglichen.

Auch im Bereich der gedruckten Einlagen wird weiter an neuen Materialien und Verfahren gearbeitet. Feste Fersenschalen zu drucken, ist heute kein Problem mehr. Da sich eine individuelle Einlage aber meist durch eine Kombination von festeren, stützenden Strukturen und weicheren, gepolsterten Bereichen auszeichnet, ist die Herausforderung, beides in der Einlage zu kombinieren. Da man im Druckvorgang in der Regel heute noch auf ein Material beschränkt ist, wird die Kombination aus fest und weich über die gedruckte Struktur erzielt. Dort, wo die Einlage fester sein soll, wird entweder mehr Material eingebracht oder in einer anderen Struktur gedruckt als in den weicheren Bereichen.

Während noch daran gearbeitet wird, die Vielfalt der Versorgungsmöglichkeiten aus der handwerklichen Versorgung möglichst genau im 3D-Druck abbilden zu können, eröffnet der 3D-Druck aber auch ganz neue Einlagenkonstruktionen. Ein Beispiel hierfür ist eine jüngst vorgestellte 3D-gedruckte Einlage, welche den Windlassmechanismus unterstützt, der die Aufrichtung der Längswölbung und die Stabilisierung des Fußes in der Schrittabwicklung bewirkt. Statt nur in der Standphase können so Knick-Senkfüße auch in der Abstoßphase unterstützt werden. Für die Konstruktion ist ein sehr fester Materialverbund aus einzelnen Elementen nötig, der so nur mit dem Druck erreicht werden kann, da das Zusammenkleben der Einzelteile nicht stabil genug wäre.

Technik wird die Zukunft des Handwerks bestimmen

Wie wird es weitergehen mit den neuen Technologien in der Orthopädieschuhtechnik? Niemand wird bestreiten, dass sie sich einen Platz in der Orthopädieschuhtechnik erobert haben. Genaue Zahlen, wie weit verbreitet die Technik schon ist, gibt es jedoch nicht. Aber wenn man den Einschätzungen aus der Branche folgt, sind sie noch weit davon entfernt, die klassische handwerkliche Fertigung abzulösen.
Vieles spricht jedoch dafür, dass sich die neuen, technologiebasierten Herstellungsverfahren in den kommenden Jahren weiterverbreiten werden. Selbst in Ländern mit einer langen handwerklichen Tradition führt der Mangel an gut ausgebildeten Fachkräften dazu, dass Fräsen, Drucken oder andere Verfahren, die von Dienstleistern angeboten werden, sich immer weitere Anwendungsbereiche erschließen. In Ländern, in denen es an handwerklich ausgebildeten Fachkräften fehlt, bieten die neuen Technologien teilweise erst die Möglichkeit, vor Ort individuelle Fußversorgungen anzubieten, sofern jemand kompetent das Fußproblem analysiert und definieren kann, wie die Einlage oder Maßschuh aussehen soll.

3 a, b Die Ausgangsdaten sind identisch. Sie werden nur unterschiedlich aufbereitet, wenn damit eine Einlage gefräst (unten) oder gedruckt (oben) ­werden soll. Ob sich eine Technik auf Kosten der anderen durchsetzt oder beide nebeneinander existieren, wird sich in den nächsten Jahren zeigen.  Fotos: Gotec, Sergey Ryzhov/Adobe Stock

In einer – nicht repräsentativen – Umfrage der Zeitschrift foot&shoe unter den Ländern des Internationalen Verbandes der Orthopädieschuhtechniker (IVO) ist dieser Trend klar zu erkennen. Die Einschätzungen, welchen Anteil neue Technologien bereits gegenüber der klassischen handwerklichen Herstellung haben, waren unterschiedlich. Recht eindeutig war jedoch das Meinungsbild, wenn es um die künftige Entwicklung geht. Die Mehrheit glaubt, dass die Anwendung neuer Technologien weiter wachsen wird. Vor allem vom 3D-Druck wird erwartet, dass er in den nächsten Jahren eine viel größere Rolle in der Herstellung von Hilfsmitteln spielen wird, insbesondere in der Herstellung von Einlagen. Bezüglich des Fräsens wird eher eine Stagnation oder ein Rückgang erwartet. Etwa 40 Prozent der Teilnehmer erwarten eine Stagnation des Fräsens oder gar einen Rückgang – besonders beim Fräsen von Leisten.

Ob und wie sich insbesondere der 3D-Druck entwickeln wird, hängt sicherlich von der Weiterentwicklung der Technik ab. Was viele noch davon abhält, in die Technik einzusteigen sind die langen Produktionszeiten für ein paar Einlagen oder Leisten. Hier sind das Fräsen oder die klassische Herstellung noch deutlich schneller. Es gibt aber inzwischen auch Dienstleister, die mit Maschinen im Industriestandard produzieren und so eine schnellere Lieferung bieten können. Eine Möglichkeit hierfür ist das selektive Lasersintern. Der Herstellungsprozess dauert hier zwar auch Stunden, aber in einem Druckvorgang kann eine größere Anzahl von Leisten gleichzeitig gedruckt werden. Der Drucker läuft über Nacht, so dass man zwei bis drei Tage nach Übersendung der digitalen Daten den fertigen, gedruckten Leisten erhält.

4 a, b 3D-gedruckte Leisten mussten sich in der Weiterverarbeitung immer an den Eigenschaften von Holz oder den bewährten Kunststoffen messen lassen. Mit dem Einsatz neuer Materialien im 3D-Druck werden die Unterschiede künftig weiter schwinden. Fotos: Protiq

Neue Technologien erfordern neue Qualifikationen

Wie hoch der Anteil der neuen Technologien an der Herstellung orthopädischer Hilfsmittel in der Orthopädieschuhtechnik in 10 Jahren tatsächlich sein wird, lässt sich heute noch nicht sagen. Ganz verdrängen werden sie das traditionelle Handwerk sicher nicht. Schon heute stellt sich allerdings die Frage, welche Auswirkungen der zunehmende Einsatz neuer Technologien auf die Ausbildung und die Arbeit in der Orthopädieschuhtechnik haben wird. Wird es eine Verschiebung geben von einem handwerklich orientierten Beruf hin zu einer Tätigkeit am Patienten, bei der die Befundung und die Analyse einen höheren Stellenwert haben?

Dass neue Technologien auch neue Qualifikationen erfordern ist selbstverständlich. Und diese lassen sich sicher in der Ausbildung – ob in der Lehrzeit, der Meisterausbildung oder danach, vermitteln. Was aber passiert mit der klassischen handwerklichen Ausbildung, wenn in den Betrieben mehrheitlich mit neuer Technologie und nur noch wenig handwerklich gearbeitet wird? Dass sie weiter benötigt wird, steht außer Frage. Wie und wo werden die Lehrlinge noch traditionelles Handwerk lernen, das auch viele der technikbegeisterten Orthopädieschuhmacher noch immer als die unverzichtbare Grundlage sehen, um auch mit moderner Computertechnologie zu optimalen Ergebnissen zu kommen?

Neue Technologien sinnvoll in das Handwerk zu integrieren, ohne die Fähigkeiten und den Erfahrungsschatz, der im Handwerk über die Jahrzehnte durch die handwerkliche Arbeit aufgebaut wurde, zu verlieren, wird eine der großen Herausforderungen der Zukunft sein. Dabei sollte man immer auch die bisher gemachten Erfahrungen nutzen, um neue Technologien zu bewerten. Ein Blick auf die klassischen, über ­Jahrzehnte bewährten Handwerkstechniken kann hier ­oftmals ­helfen. 

 

Autor: Wolfgang Best