利用 SLS 3D 列印實現鞋墊數位化生產

Kriwat GmbH 是一家骨科專業醫療供應商，總部位於德國基爾。從一開始，該公司的特點就是獨特地專注於將運動表現與尖端醫學研究相結合。

Michael Kriwat 於 1987 年創立了這家公司，是德國最早為休閒運動員和職業運動員提供跑步機步態分析的專家之一。此後，該公司已擴展到基爾、漢堡和普雷茨的六個地點，發展到擁有 75 人的團隊，並將其服務擴展到繃帶、鞋墊、矯正器和矯正鞋領域，為患者提供客製化護理。

矯正護理產業面臨技術勞動的嚴重短缺——很少有年輕的專業人​​士願意承擔製造矯形器的艱苦過程，願意承擔經營這些中小型企業（通常是家庭企業）的責任的人就更少了。繼續閱讀本篇文章，了解 Michael 的兒子 Lais Kriwat 如何透過選擇性雷射燒結 (SLS) 3D 列印開發鞋墊數位化生產工作流程，將業務現代化並應對這些挑戰，使公司今年有望透過3D列印達到 10,000 雙鞋墊的產量。

 

透過 3D 列印改變手工工藝

對於客戶和供應商來說，生產矯正鞋墊的傳統工作流程是極其勞動密集型且混亂的。首先，顧客進入發泡射出成型模具留下腳印。根據該印模，注入聚合物液體以重建足部形狀，然後用於生產匹配的矯正鞋墊。

該工作流程需要在充滿灰塵和化學煙霧的環境中實施專業技能和進行勞動。「這是我在訓練期間非常困擾的事情。很多東西必須用化學品生產。很多東西都需要在磨床上打磨，因此總是會大量接觸化學品和灰塵。這就是為什麼我給自己設定了一個目標，那就是我想做不同的事情，這樣我就不會與化學品有太多接觸，」Lais Kriwat 說。

▲傳統上，顧客的腳印是使用發泡射出成型模具獲得的。▲模具中填充化學物質以重新塑造腳的形狀。

作為剛剛進入該行業的人，Lais 能夠親身體驗傳統工作流程帶來的挑戰，並意識到實施變革對員工來說是十分重要的。

「當今我們產業面臨的最大挑戰顯然是人才短缺。很難找到仍然想從事我們的職業並對手工製作感興趣的人。我們需要讓工作變得有趣，這就是新技術非常重要的地方，」Lais Kriwat 說。

▲Kriwat GmbH 每年生產數千個鞋墊。▲生產矯正鞋墊的傳統工作流程是極其勞動密集型的。

Lais 於 2017 年首次開始嘗試 3D 列印，在小型熱融沉積成型 (FDM) 3D 列印機上列印業餘興趣項目和原型。隨著他對 3D 設計和列印越來越熟悉，他開始探索在家族企業中實施它的方法。在發現雷射光固化 (SLA)技術後，該家族企業投資購買了用於人體模型的 Form 3BL 列印機，為矯正器生產開闢了全新的可能性。Lais開始一步步掌握新的應用，最終將注意力轉向了他們業務的核心部分——鞋墊。

「一開始，這只是一個專案，我並不真正知道下一步是什麼。這就是為什麼我開始尋找真正好的合作夥伴並遇到了 Formlabs，我不得不說這對我來說絕對是幸運的，因為我能夠實現我腦海中的想法。我可以發送設計，他們列印出來讓我首先看看它是否真的適用於這種 3D 技術。這些都是我沒有經驗的地方，而 Formlabs 卻為我提供了巨大幫助。」Lais Kriwat 說道。
 
Lais逐步將鞋墊生產的工作流程數位化，並透過內部測試和與客戶一起測試最終產品來進行驗證。透過新的數位工作流程，3D 掃描取代了手動足部印模，數位設計和 3D 列印減少了繁瑣的手動步驟，3D 列印零件與傳統工作流程相結合來創建最終產品。

 

3D列印用於鞋墊生產有哪些好處？

Kriwat 的團隊使用兩台 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機和尼龍 11 粉末來生產單個鞋墊芯，甚至整個鞋墊。當然，在將生產轉向數位化之前，Lais 必須證明生產矯正鞋墊的新工作流程確實對公司和客戶都具有決定性優勢。讓我們看看他強調的主要好處。

  • 節省時間

透過新的工作流程，可以進行 3D 掃描，在同一天創建數位模型，將其與其他鞋墊一起批量處理，然後在 Fuse 1+ 30W 中連夜將其全部列印出來。接著，Kriwat 的團隊可以對零件進行後處理，遵循傳統的工作流程來生產圍繞核心的鞋墊，並在第二天完成鞋墊。

▲Kriwat GmbH 現在內部運行兩台 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機。

「我們現在有能力在 24 小時內為患者打造完美貼合的矯正器。這當然為我們提供了極大的優勢，因為我們可以快速提供護理，但歸根結底，最重要的是有問題的患者，我們可以在盡可能最短的時間內向他們提供最好的護理。」- Lais Kriwat，矯正鞋技術大師，Kriwat GmbH 管理人員

  • 節約成本

與傳統的手工製作相比，新的數位工作流程在材料成本和最重要的人員成本方面都提供了經濟效益。透過數位化工作流程，許多步驟現在都是數位化的，不需要材料或大量勞動力。按照 Kriwat 處理的數量，一次性購買一台 3D 掃描儀和設計軟體比購買大量泡棉和液體化學品便宜。 

此外，由於工作流程更快，工作人員可以在一天內接待更多患者，從而降低了更多勞動力的成本。Lais 估計，由於 3D 列印，生產成本下降了約 15% 至 17%。

▲3D 掃描可以捕獲更準確、更完整的足部印象，同時也使以數位方式發送數據變得更加容易。

儘管 Kriwat 團隊立即認識到，在內部引入 3D 列印機是降低成本和改進工作流程的關鍵，但大多數 SLS 3D 列印印解決方案的價格超出了他們的範圍。Fuse 1+ 30W SLS 列印機是唯一一款能夠以中小型企業可以承受的價格提供他們所尋求的工業解決方案的機器。

「對於 Formlabs，最大的優勢當然也是預算方面。作為一家中型公司，我有能力承擔這項投資，這對於我們和其他製造商來說根本無法實現，對於我們行業的其他公司來說也是如此。」－ Lais Kriwat，矯正鞋技術大師，Kriwat GmbH 管理人員

  • 簡化的工作流程

使用 Fuse 系列的 SLS 3D 列印提供了許多可簡化鞋墊生產工作流程的功能。該工藝的自給性意味著可以在一次構建中一起列印許多鞋墊，從而優化工作流程並降低成本。成品零件具有稍微粗糙的表面光潔度，非常適合粘合不同類型最終產品的添加劑和覆蓋物。尼龍零件還可以進行機械加工和研磨，以實現最終產品的完美表面處理。

▲3D 列印的鞋墊和鞋墊芯與鞋墊和其他材料相結合，形成最終產品。

Formlabs Dashboard 是一種線上工具，允許操作員管理多台 3D 列印機、追蹤列印進度和材料使用情況，並獲取有關列印狀態的通知，Lais 發現這對於規劃至關重要。在其職業生涯中使用過多種 3D 列印機切片軟體後，他還發現 PreForm（Formlabs 列印機的前置準備軟體）簡單易用。

「PreForm 是實現快速列印的完美軟體。對於我們來說，讓員工和我們一起並向他們展示 3D 列印是多麼容易也很重要。易於解釋操作的PreForm 是理想的選擇，而且最終可以快速地將列印任務傳送到列印機上，」Lais Kriwat 說道。

  • 改善物流

數位化還簡化了物流管理。Kriwat GmbH 現在在漢堡的商店中配備了 3D 掃描儀，這使得將數據以數位方式發送到基爾總部變得更加容易，團隊可以在那裡設計單獨的產品。在過去，他們必須將手工印模運回生產鞋墊的總部，這定期的長途運送非常耗時且成本高昂。

  • 永續性

除了減少運輸之外，3D 列印還透過多種方式使工作流程更具永續性。透過數位化工作流程，完全消除了腳的複製品的製作，使生產最終產品所需的原材料大大減少。Kriwat GmbH 不再需要尋找處理數千英尺腳步模型、多餘未使用的泡棉和化學廢物的方法。透過 Fuse 系列的高效系統，未燒結的粉末可以回收到下一次構建中，從而創建一個循環工作流程，可以減少甚至完全消除浪費。

「永續性是我們這一代人最重要的話題。我的目標是我們最終不必扔掉那麼多材料。一個例子是，我們這裡有一個塑料垃圾桶，我的目標是不必每週都撿起它，但我們可以最大限度地減少浪費，以便每四個星期才撿起它。我還想減少化學品的使用並減少扔掉。Formlabs 的 SLS 技術非常適合，因為我們實際上只列印我們真正需要的內容，」Lais Kriwat 說道。

 

推動鞋墊創新的未來

在第一年全年，Kriwat 的目標是實現約 50% 的鞋墊數位化生產，並列印約 10,000 雙鞋墊核心和完整鞋墊。但他們的兩台 Fuse 1+ 30W SLS 3D 列印機也為未來提供了許多可能性。

「數位化的第一步，我們的目標是將傳統工藝數位化。這意味著將鞋墊的形狀、特定類型的鞋墊輸入電腦，並最終透過 3D 列印機列印出來。下一步，我們還將創建僅基於 3D 技術的全新產品。」Lais Kriwat 說道。

▲在對當前產品線進行數位化之後，Kriwat 的目標是提供透過 3D 列印實現的新創新產品。

SLS 3D 列印的設計自由度帶來的可能性包括步行過程中的壓力重新分佈、客製化優質產品、傳統方法無法生產的某些支撐，以及在跑步和足球等運動中仍為腳部提供最佳支撐的更薄產品。

「我非常興奮，我們將為市場帶來新的創新，這在 15 年前可能是不可能的，但現在 3D 技術提供了許多新的可能性。我們現今很難想像的事情可能很快就會成為現實。」－Lais Kriwat，矯正鞋技術大師，Kriwat GmbH 管理人員

如果您對工作流程或 Formlabs 的 3D 列印解決方案有任何疑問，請聯繫台灣天馬科技。

 

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