Цифровизация производства стелек с помощью SLS 3D-печати

Цифровизация производства стелек с помощью SLS 3D-печати

Kriwat GmbH — специализированный ортопедический поставщик медицинских услуг с головным офисом в Киле, Германия. С самого начала компанию характеризует уникальная ориентация на сочетание спортивных результатов с передовыми медицинскими исследованиями.

Михаэль Криват основал бизнес в 1987 году как один из первых в Германии экспертов по анализу походки на беговой дорожке для любителей и профессиональных спортсменов. С тех пор компания расширилась до шести филиалов в Киле, Гамбурге и Преце, выросла до команды из 75 человек и расширила спектр услуг, предоставляя персонализированный уход для пациентов в области бандажей, стелек, ортезов и ортопедической обуви.

Ортопедическая отрасль сталкивается с острой нехваткой квалифицированных кадров — мало молодых специалистов, желающих заняться трудоемким процессом создания ортезов, и еще меньше тех, кто хочет взять на себя ответственность за управление этими малыми и средними, часто семейными предприятиями.

Далее вы узнаете, как Лайс Криват, сын Михаэля, разработал цифровой процесс производства стелек с использованием селективного лазерного спекания, чтобы модернизировать бизнес и решить эти проблемы, поставив компанию на путь производства 10 000 пар стелек в этом году с помощью 3D-печати.

Преобразование ручного труда с помощью 3D-печати

Традиционный процесс производства ортопедических стелек чрезвычайно трудоемок и неудобен как для клиента, так и для производителя. Сначала клиент наступает в пенопластовую форму, чтобы создать слепок своей стопы. На основе этого слепка заливается полимерная жидкость, чтобы воссоздать форму стопы, которая затем используется для изготовления соответствующей ортопедической стельки.

Этот процесс требует специальных навыков и ручного труда в условиях, заполненных пылью и химическими испарениями.

«Это то, что меня очень беспокоило во время моего обучения. Многие вещи приходилось производить с помощью химикатов. Многое приходилось шлифовать на шлифовальном станке, поэтому постоянный контакт с химикатами и пылью был неизбежен. Именно поэтому я поставил себе цель делать все иначе, чтобы не иметь такого тесного контакта с химией», — говорит Лайс Криват.

Как человек, недавно пришедший в отрасль, Лайс на собственном опыте столкнулся с проблемами традиционного подхода и понял, что для сохранения привлекательности для сотрудников необходимо внедрять изменения.

«Самая большая проблема нашей отрасли сегодня — это явная нехватка персонала. Трудно найти людей, которые все еще хотят заниматься нашей профессией и которым интересно работать руками. Нам нужно сделать работу интересной, и именно здесь новые технологии очень важны».

Лайс впервые начал экспериментировать с 3D-печатью в 2017 году, печатая хобби-проекты и прототипы на небольшом FDM-принтере. По мере того как он осваивал 3D-моделирование и печать, он начал искать способы внедрить эти технологии в семейный бизнес. После знакомства со стереолитографией семейный бизнес инвестировал в принтер Form 3BL для моделей в человеческий рост, открыв совершенно новые возможности для ортопедического производства. Лайс шаг за шагом осваивал новые применения и в конечном итоге обратил внимание на основную часть их бизнеса — стельки.

«Сначала это был чисто исследовательский проект, в котором я не совсем понимал следующие шаги. Поэтому я начал искать действительно хороших партнеров и наткнулся на Formlabs, и должен сказать, что это была абсолютная удача для меня, потому что я смог реализовать идею, которая была у меня в голове. Я мог отправлять модели, а они печатали их для меня, чтобы я мог сначала увидеть, будет ли это вообще работать. Во всем этом у меня не было опыта, и Formlabs мне чрезвычайно помогли».

Шаг за шагом Лайс оцифровал процесс производства стелек и проверил конечные продукты, тестируя их внутри компании и на клиентах. При новом цифровом подходе ручные слепки стоп заменяются 3D-сканированием, длинный список ручных этапов сокращается за счет цифрового дизайна и 3D-печати, а напечатанные детали комбинируются с традиционным процессом для создания конечного продукта.

Каковы преимущества 3D-печати для производства стелек?

Команда Kriwat использует два SLS 3D-принтера Fuse 1+ 30W и нейлоновый порошок 11 для производства индивидуальных основ стелек и даже целых стелек. Естественно, прежде чем перевести производство в цифровой формат, для Лайса было крайне важно показать, что новый подход действительно имеет решающие преимущества как для компании, так и для клиентов.

Экономия времени

С новым процессом можно сделать 3D-сканирование, создать цифровую модель в тот же день, объединить ее с другими стельками в пакет и напечатать их все на Fuse 1+ 30W за ночь. Затем команда Kriwat может провести постобработку деталей, продолжить работу по традиционной технологии для производства стельки вокруг основы и закончить стельки на следующий день.

«Теперь у нас есть возможность создать идеально подходящий ортез для пациента в течение 24 часов. Это, конечно, дает нам огромное преимущество, поскольку мы можем быстро оказать помощь, но в конечном счете самое важное — это пациент, у которого есть проблема, и для которого мы можем обеспечить наилучший уход в кратчайшие сроки».
Лайс Криват, мастер по ортопедической обуви, руководство Kriwat GmbH

Экономия средств

По сравнению с традиционным ручным производством, новый цифровой процесс предлагает финансовые выгоды как с точки зрения стоимости материалов, так и, прежде всего, затрат на персонал. Благодаря цифровому workflow многие этапы теперь не требуют материалов или значительных трудозатрат. При объемах, с которыми работает Kriwat, единовременная покупка 3D-сканера и программного обеспечения для дизайна обходится дешевле, чем постоянные закупки пенопласта и жидких химикатов.

Кроме того, работники могут принимать больше пациентов в день, так как процесс стал быстрее, что снижает затраты на расширение штата. По оценкам Лайса, затраты на производство снизились примерно на 15–17% благодаря 3D-печати.

Хотя команда Kriwat сразу поняла, что приобретение 3D-принтеров — ключ к снижению затрат и улучшению процесса, большинство решений для SLS-печати были для них недоступны по цене, достигая шестизначных сумм. Принтер Fuse 1+ 30W SLS был единственной машиной, которая предлагала необходимое промышленное решение по доступной для малого и среднего бизнеса цене.

«Большим преимуществом Formlabs, конечно, является и финансовый аспект. Как средняя компания, я могу позволить себе эти инвестиции, что было бы просто недостижимо для нас с другими производителями, как и для других компаний в нашей отрасли».

Упрощенный процесс

SLS 3D-печать на системе Fuse Series предлагает множество функций, упрощающих производство стелек. Самонесущая природа процесса означает, что множество стелек можно печатать вместе в одной сборке, оптимизируя workflow и снижая затраты. Готовые детали имеют слегка шероховатую поверхность, что идеально подходит для склеивания с добавками и покрытиями для различных типов конечной продукции. Детали из нейлона также можно обрабатывать механически и шлифовать для достижения идеальной отделки.

Formlabs Dashboard — это онлайн-инструмент, который позволяет операторам управлять несколькими 3D-принтерами, отслеживать задания и расход материалов, а также получать уведомления о статусе печати, что, по словам Лайса, было ключевым для планирования. Поработав с длинным списком слайсеров за свою карьеру, он также нашел PreForm, программу для подготовки печати принтеров Formlabs, простой и удобной в использовании.

«PreForm — идеальное программное обеспечение для быстрого запуска печати. Для нас также важно вовлечь сотрудников и показать им, насколько простой может быть 3D-печать. PreForm идеален, потому что это очень просто, его легко объяснить, и в итоге быстро получаешь задание на принтер».

Улучшенная логистика

Цифровизация также упрощает управление логистикой. Теперь у Kriwat GmbH есть 3D-сканеры в их магазинах в Гамбурге, что позволяет намного проще передавать данные в цифровом виде в головной офис в Киле, где команда может затем проектировать индивидуальные продукты. Раньше им приходилось транспортировать ручные слепки обратно в штаб-квартиру, где производились стельки, что было гораздо более затратным по времени и дорогостоящим, поскольку им регулярно приходилось преодолевать большие расстояния.

Устойчивое развитие

Помимо сокращения транспортировки, 3D-печать делает процесс более устойчивым несколькими способами. При цифровом workflow для производства конечного продукта требуется гораздо меньше сырья, поскольку необходимость создания физической копии стопы полностью устранена. Kriwat GmbH больше не нужно искать способы утилизации тысяч моделей стоп, лишнего неиспользованного пенопласта и химических отходов. Благодаря эффективной системе Fuse Series, неспеченный порошок можно перерабатывать в следующую сборку, создавая циклический процесс, который может сократить или даже полностью исключить отходы.

«Устойчивое развитие — самая важная тема для моего поколения. Моей целью было сокращение количества выбрасываемого материала. Один пример: у нас здесь стоит пластиковый мусорный бак, и моей целью было добиться, чтобы его вывозили не каждую неделю, а чтобы мы минимизировали отходы, и его вывоз был раз в четыре недели. Я также хотел сократить использование химикатов и выбрасывать их меньше. SLS-технология Formlabs идеально подходит, потому что мы печатаем только то, что действительно нужно».

Движение к будущему инноваций в производстве стелек

В первый полный год Kriwat планирует оцифровать около 50% своего производства стелек и напечатать около 10 000 пар основ и целых стелек. Но их два SLS 3D-принтера Fuse 1+ 30W также открывают множество возможностей на будущее.

«На первом этапе цифровизации наша цель состояла в том, чтобы оцифровать традиционное ремесло. То есть перенести формы наших стелек, конкретные типы стелек в компьютер и фактически печатать их в конечном итоге на 3D-принтере. На следующих этапах мы также создадим совершенно новые продукты, основанные исключительно на 3D-технологии».

Возможности, открываемые свободой дизайна SLS 3D-печати, включают перераспределение давления при ходьбе, индивидуальные премиальные продукты, определенные опоры, которые невозможно произвести традиционными методами, и более тонкие продукты, которые при этом обеспечивают оптимальную поддержку стопы для таких видов спорта, как бег и футбол.

«Я невероятно рад, что мы выведем на рынок новые инновации, которые, возможно, были невозможны 15 лет назад, но теперь 3D-технология предлагает много новых возможностей. Вещи, которые мы, возможно, не можем себе даже представить сегодня, скоро станут реальностью».

Лайс Криват, мастер по ортопедической обуви, руководство Kriwat GmbH