Wie die Paralympics den 3D-Druck nutzen

Sport ist für alle da und sollte daher für jeden zugänglich sein, unabhängig von persönlichen Voraussetzungen und Einschränkungen. Allerdings wird Sport oft mit Leistung in Verbindung gebracht und um diese zu erreichen, wird fälschlicherweise körperliche Fitness als Grundvoraussetzung angesehen. Dies ist jedoch nicht der Fall, da alle paralympischen Athleten trotz ihrer individuellen Einschränkungen und in einigen Fällen mithilfe technologischer Mittel, einschließlich des 3D-Drucks, bewiesen haben, der Öffentlichkeit während der Paralympischen Spiele außergewöhnliche sportliche Leistungen zu demonstrieren. Spiel.

Sportarten und Vereine für Sportler mit Behinderung gibt es seit über 100 Jahren. Dr. Ludwig Guttmann gründete das Behandlungszentrum für Rückenmarksverletzungen am Stoke Mandeville Hospital und nutzte sportliche Wettkämpfe zur Rehabilitation verletzter Soldaten, was zu den Paralympischen Spielen, wie wir sie heute kennen, einen bedeutenden Beitrag leistete. Die Stoke Mandeville Games sind der Ursprung der Paralympischen Spiele, die 1984 vom Internationalen Olympischen Komitee offiziell anerkannt wurden. Das Wort „Para“ leitet sich vom griechischen Wort „neben“ ab und bedeutet, dass die Olympischen und Paralympischen Spiele gleichzeitig stattfinden.

Bei den Paralympics treten Sportler mit unterschiedlichen körperlichen und kognitiven Behinderungen gegeneinander an und werden je nach Art der Behinderung in verschiedene Gruppen eingeteilt. Jedes Fach verfügt außerdem über ein Notensystem, um einen fairen Wettbewerb zu gewährleisten. Athleten, die in derselben Kategorie antreten, müssen über ähnliche funktionelle Fähigkeiten in Bewegung, Koordination und Gleichgewicht verfügen.

Bei den gerade zu Ende gegangenen Sommerparalympics 2024 in Paris kämpften 4.400 Athleten in 22 verschiedenen Sportarten um Medaillen. Sportler und ihre Leistungen stehen seit jeher im Mittelpunkt, aber auch ihre Begleiter, nämlich technische Hilfsmittel, spielen eine Rolle. Dank moderner Technologie gibt es im Parasport immer mehr Innovationen und technologische Neuheiten, die es den Sportlern ermöglichen, ihre Grenzen zu überschreiten.

3D-Druck für die Paralympics

Paralympische Sportarten sind in unterschiedlichem Maße auf technische Hilfsmittel angewiesen. Ob Rollstühle, Prothesen oder Sportgeräte – der technologische Fortschritt hilft Sportlern, ihre Grenzen zu überschreiten und den paralympischen Sport voranzutreiben.

„Bewegung ist die beste Medizin“, sagte Heinrich Popow, ehemaliger deutscher Leichtathlet und mehrfacher Paralympics-Medaillengewinner. Gleichzeitig betonte er die Bedeutung der Technologie im paralympischen Sport. „Der Einsatz von Hilfsmitteln ist ein Sport für sich“, sagte Bobo. Er plädierte daher für eine Trennung der olympischen Bewegung von der paralympischen Bewegung, wobei letztere auf technische Hilfsmittel angewiesen sei und damit ihre eigenen Grenzen und Zielleistungen verfolge. „Das ist das Schöne am paralympischen Sport. Wir bemerken eine zunehmende Leistungsdichte, weil der Sport so leistungsorientiert ist“, betonte Herr Popow.

Die Kombination verschiedener Technologien wird oft genutzt, um die Leistungsgrenzen zu verschieben und es paralympischen Athleten zu ermöglichen, neue Sportarten auszuüben und gleichzeitig neue Möglichkeiten in ihren aktuellen Disziplinen zu gewinnen. Beispielsweise kann der 3D-Druck in Kombination mit anderen Technologien wie 3D-Scannen und Designoptimierung dazu beitragen, Ergonomie, Mobilität und Komfort zu verbessern, um optimale Leistungen im Wettkampf und Training zu fördern. Aus diesem Grund nutzen immer mehr Sportler die Vorteile des 3D-Drucks, und in den letzten Jahren haben wir bei den Paralympics immer mehr 3D-gedruckte Hilfsmittel gesehen, darunter natürlich modernste Prothesen und Orthesen, aber auch Ausrüstung für Fahrräder Rennsport, wie ergonomische Griffe und Handschuhe.

Die Schweizer Athletin Flurina Rigling, die bei den Radsportwettbewerben der Pariser Sommerparalympics 2024 3D-gedruckte Schuhe trug (und am 29. August bereits eine Bronzemedaille gewann), fasste die Vorteile des 3D-Drucks für Sportler zusammen: „Diese Innovation hilft mir sehr.“ “, sagte Rigling Green. „Man muss sich das vorstellen: Früher hatte ich nur einen Lederschuh. Sobald er nass wurde, musste ich ihn erst trocknen lassen. 3D-gedruckte Schuhe lassen sich heutzutage relativ schnell herstellen und sind viel leichter als alte Schuhe. Das ist ein Große Sache für mich. Es gibt einen großen Unterschied.

Tatsächlich können immer mehr Hochleistungsmaterialien mithilfe von 3D-Druckverfahren verarbeitet werden, was auch den Komfort des Sportlers verbessert. Mit dem Multimaterialdruck können beispielsweise Bauteile mit Weich- und Hartanteilen hergestellt werden. Zu den weiteren Vorteilen des 3D-Drucks gehören die Personalisierung und ein hohes Maß an Individualisierung. Bedruckte Artikel lassen sich vermessen und dann perfekt an die betroffene Person anpassen; andererseits können sie sich auch schnell anpassen, wenn sich die Bedürfnisse der Person nach einer Verletzung ändern.

Angesichts der großen Vielfalt an Hilfsmitteln und Teilen für Sportler liegt es nahe, dass unterschiedliche 3D-Druckverfahren und Materialien zum Einsatz kommen können. Aus diesem Grund verfügen Reparatur-Service-Center über umfangreiche technische Ressourcen vor Ort, um Reparaturen durchzuführen. Besonders prozessbezogen finden wir FDM, SLS und MJF.

Der FDM-3D-Druck wird hauptsächlich zum Prototypenbau und Testen von Teilen verwendet, um sicherzustellen, dass der Schaft perfekt zum Sportler passt (da es negative Auswirkungen haben kann, wenn er zu eng oder zu locker ist). Im Gegensatz dazu sind MJF-3D-Druck und SLS für viele Prothesen, die direkt von Sportlern verwendet werden, beliebte Optionen für die Herstellung von Hochleistungsteilen für den Parasport.

Das bringt uns zu den Materialien. Wie zu erwarten ist, variieren die verwendeten Materialien je nach gefertigtem Teil stark. Insbesondere für Prototypen können Standardmaterialien für den 3D-Druck wie Nylon und ABS verwendet werden, für Endteile werden jedoch häufiger Kohlefaserverstärkungen verwendet. Tatsächlich können in Verbundwerkstoffteilen Verstärkungsfasern (sowohl CF als auch GF) ausschließlich oder kontinuierlich in die thermoplastische Matrix integriert werden. Beim 3D-Druck können Verstärkungsfasern präzise platziert werden, wodurch die Steifigkeit eines Teils gezielt angepasst werden kann und gleichzeitig leichte Teile gedruckt werden können. Darüber hinaus kommt auch der Metall-3D-Druck zum Einsatz. Beispielsweise wird Titan zum Drucken personalisierter Prothesen verwendet, die viel stärker sind als Standardprothesen.

Die neuseeländische Paralympics-Athletin Anna Grimaldi nutzte eine 3D-gedruckte Beinprothese aus Titan, um 50 kg sicher zu heben. Die Wahl der Methoden und Materialien hängt oft von der jeweiligen Situation ab, da für Sportler Leistung und Komfort im Vordergrund stehen. Manchmal wird eine Kombination verschiedener Technologien (CNC, Spritzguss, 3D-Druck) verwendet, um die beste Lösung für Sportler zu schaffen. Allerdings gibt es in den letzten Jahren zahlreiche Beispiele dafür, dass der 3D-Druck bei den Paralympics auf dem Vormarsch ist.

3D-Druck für Reparaturen vor Ort

Auch die Wartung ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen. Starke Krafteinwirkung, äußere Stöße und Stürze können bei allen Sportgeräten zu Verschleiß, Beschädigung und Bruch von Teilen führen. Der 3D-Druck ermöglicht eine schnelle Reparatur, je nach Ausmaß des Schadens auch direkt vor Ort.

Aus diesem Grund gibt es bei den Paralympischen Spielen eine eigene Reparaturwerkstatt – das Ottobock Technical Repair Service Center. Ottobock ist langjähriger Partner des Internationalen Paralympischen Komitees (IOC) und unterstützt seit den Olympischen Spielen 1988 in Seoul mit einem internationalen Team von 164 Personen Sportler in Paris. Neben der 720 Quadratmeter großen Hauptwerkstatt im Olympischen Dorf gibt es innerhalb der Sportanlage 14 kleinere Werkstätten. Die Hauptwerkstatt umfasst eine Schweißwerkstatt, eine Nähwerkstatt, eine Schuhwerkstatt, eine Abteilung für Spezialthermoplaste sowie 3D-Drucker und 3D-Scanner.

Ähnlich wie bei einem Boxenstopp in der Formel 1 kommen Sportler mit kaputten Teilen und Bedenken in die Werkstatt und können sich darauf verlassen, dass das Team vor Ort das Rennen pünktlich mit reparierter Ausrüstung startet. Julian Napp, technischer Leiter des Pariser Studios und Meister der Orthopädietechnik bei Ottobock, betont die Bedeutung moderner Technologie: „Neue digitale Möglichkeiten ermöglichen es uns, Sportlern schneller zu helfen. Während der Paralympics ist Zeit für die Sportler und uns von entscheidender Bedeutung.“ Technik: Der Erfolgsfaktor des Seminars bleibt die Kreativität, Lösungsorientierung und Erfahrung des Teams, das wir unseren Sportlern bieten.

Auch Ottobock setzt seit den Olympischen Spielen 2021 in Tokio 3D-Drucker vor Ort ein, wie Peter Franzel, Global Director of Events, Exhibitions and Sports bei Ottobock, in einer Pressemitteilung erklärte. In Paris verfügt das Team über 3D-Drucker von Cosmyx und Markforged, um Modelle und Endteile direkt vor Ort herzustellen. Darüber hinaus hat der Einsatz des 3D-Drucks seit Tokio weiter zugenommen, von einer einzelnen Testmaschine bis zum aktuellen Betrieb.

„Wir können Probeschäfte (für die Prothetik) vor Ort drucken, scannen und installieren. Beispielsweise kann der Probeschaft bei Wachstum, Narbenbildung usw. noch geändert werden. Dies muss dann berücksichtigt werden.“ „Um die endgültige Form zu erhalten, wurden die Scans dann an Grenoble (Ottobocks französische Kollegen) geschickt und im Pulverdruckverfahren gedruckt“, kommentierte Franzel die Frage nach konkreten Anwendungsbeispielen des 3D-Drucks.

Von den Reparaturaufträgen, die Ottobock bisher erhalten hat, betreffen 56 % hauptsächlich Rollstühle, der Rest betrifft Prothetik und Orthesen. In Tokio führte Ottobock insgesamt 2.200 Reparaturen durch, bei den Pariser Paralympics übertraf das Reparaturzentrum diese Zahl. Damit Sportler bei plötzlich auftretenden Schäden an ihren Hilfsmitteln bestmöglich versorgt werden und sich voll und ganz auf ihre Leistung konzentrieren können, sind Schnelligkeit und technischer Umfang des Ottobock Repair Centers für Sportler von entscheidender Bedeutung.

Wir können durch den 3D-Druck nicht direkt an der Leistung von Sportlern teilhaben. Aber die Tatsache, dass wir schnell scannen, modellieren und herstellen können, bedeutet, dass wir es auch den Sportlern schnell zur Verfügung stellen können. Dadurch können sie sich natürlich besser auf ihren Sport konzentrieren und ihre Trainingseinheiten absolvieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden erfordert die Anprobe eines Sportlers einen Gipsverband und eine anschließende Anprobe, was viel Zeit in Anspruch nimmt. Hier sehe ich den größten Einfluss des 3D-Drucks. –Leon Fiolka, Chief Product Officer, Ottobock

Die 3D-Technologie bietet viele Möglichkeiten und der 3D-Druck vor Ort kann für viele Sportler sehr nützlich sein. „Felix Strong kam in unser Prothesenzentrum und wollte seinen Stumpf scannen lassen“, sagte Leon Fiolka, der derzeit im Prothetikzentrum im Paralympischen Dorf arbeitet. Er freut sich, dass wir nun die Möglichkeit haben, seinen Stumpf direkt vor Ort zu scannen Es erspart ihm den Flug nach Deutschland. Eine weitere Erfolgsgeschichte ist, dass wir ein kleines 3D-gedrucktes Ersatzteil für den Rollstuhl entworfen haben, damit die Bremsen wieder funktionieren und der Sportler seinen Alltagsrollstuhl sicher auf der Straße fahren kann.

Auch Heinrich Popow betonte den Wert des Reparaturzentrums und seiner technischen Möglichkeiten für Sportler und erzählte eine Anekdote über Schäden, die vor einem Wettkampf entstanden sind: „Die Goldmedaille, die ich in London gewonnen habe, war auch dem Reparaturservice von Ottobock zu verdanken, ohne den geht es für mich nicht.“ „Ich würde jemals eine Goldmedaille gewinnen!“ „

Paralympische Anwendungen

Jetzt ist es an der Zeit, den Einsatz des 3D-Drucks bei den Paralympics genauer zu betrachten. Generell lässt sich die Anwendung des 3D-Drucks im paralympischen Sport in zwei Kategorien einteilen: Prothetik sowie Orthesen und Werkzeuge. Der Unterschied zwischen diesen beiden Kategorien besteht darin, dass eine Kategorie in den Körper des Sportlers integriert ist, während die andere Kategorie als Teil der Ausrüstung des Sportlers betrachtet werden kann.

Das erste Beispiel ist Denise Schindler, eine deutsche Radsportlerin, die an den Paralympischen Spielen 2016 in Rio teilnahm. Sie verwendete eine 3D-gedruckte Beinprothese, die mithilfe von Digitalisierung und 3D-Drucktechnologie mit Hilfe von Autodesk hergestellt wurde, da sie 14 % leichter ist als andere Prothesen . Kohlefaserkomponenten bei gleichbleibender Festigkeit. Darüber hinaus werden die Produktionszeiten deutlich verkürzt. Die Herstellung einer Prothese mit herkömmlichen Methoden dauert etwa 12 Wochen, eine mit additiver Fertigung hergestellte Prothese kann jedoch in nur 48 Stunden gedruckt werden. Infolgedessen gewann sie Bronze- und Silbermedaillen und trug sich mit der ersten 3D-gedruckten Beinprothese, die bei den Paralympics eingesetzt wurde, in den Guinness-Weltrekord ein.

Dies ist nicht das einzige Beispiel. Der amerikanische Athlet Mike Schultz wandte sich dem Para-Snowboarden zu, nachdem er ein Bein verloren hatte und nicht mehr in der Lage war, an extremen Motorrad- und Schneemobilwettbewerben teilzunehmen. Doch er brauchte eine einzigartige Prothese, die den Belastungen anstrengender sportlicher Aktivitäten standhält. Hier kommt der 3D-Druck ins Spiel.

Stratasys konnte mithilfe von TPU 92A eine Beinprothese mit zwei verschiedenen Gelenken herstellen (Schultz‘ Bein wurde oberhalb des Knies amputiert). Dieses Material wird nicht nur im endgültigen Teil verwendet, sondern unterstützt auch den Designprozess, da die additive Fertigung schnellere Iterationen ermöglicht, die dazu beitragen, die unterschiedlichen Anforderungen von Mike Schultz zu erfüllen. Letztendlich gewann er mit seinen Beinprothesen Gold- und Silbermedaillen bei den Paralympics.

Auch Orthesen können eine Rolle spielen. Die lettische Rollstuhlfechterin Polina Rozkova stand auf ihrer Reise zu den Paralympics in Rio vor Designherausforderungen. Stratasys konnte jedoch eine individuelle 3D-gedruckte Rückenstütze erstellen, die sie beim Training und im Wettkampf verwenden kann. Durch den 3D-Druck konnten individuelle Rückenorthesen für seinen unteren Rücken hergestellt werden, um Beschwerden oder Belastungen bei körperlicher Aktivität zu minimieren. Die Orthese besteht aus Nylon 12, was ihre Leichtigkeit und Flexibilität garantiert.

Was ist mit Werkzeugen? Diese Komponenten werden häufig in der Ausrüstung paralympischer Athleten verwendet, sind jedoch nicht unbedingt in deren Körper integriert. Dies ist einer der Bereiche, in denen die additive Fertigung wirklich zu glänzen beginnt.

Beispielsweise sorgte der deutsche Biathlet Martin Fleig 2014 mit seinem 3D-gedruckten „Schlitten“ für die Winterparalympics in Sotschi für Schlagzeilen. Den Sitz-Skischlitten entwickelte er in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut im Rahmen des Blizzard-Projekts. Die Rennmaschine wurde in 3D entworfen und gedruckt, um perfekt zu Martins Körper zu passen. Mit seinem letzten Auto, das 3D-gedruckt und aus PA12 und verklebtem Stahldraht gefertigt war, belegte er den neunten Platz.

Weitere Beispiele sind eine 3D-gedruckte Skibindung, die vom Center for Modeling and Simulation (CFMS) für den britischen Militärveteranen und paralympischen Skifahrer Darren Swift entwickelt wurde. Sie bestehen aus glasfaserverstärktem Nylon, was ihm bei den Olympischen Spielen 2022 in China einen Vorteil gegenüber seinen Konkurrenten verschafft. Auch der britische Paralympics-Athlet Joe Townsend nutzt den 3D-Druck, um individuelle Teile an seinem Rennwagen herzustellen, während die Paralympics-Siegerin Emma Wiggs MBE den 3D-Druck nutzt. Im Jahr 2020 entwarf sie einen Schläger, der perfekt zu ihren Händen passte und ihr dabei half, eine weitere paralympische Goldmedaille zu gewinnen und bei den Olympischen Spielen 2020 in Tokio eine Rekordzeit von 57,028 Sekunden aufzustellen.

Ein weiterer zu beobachtender Trend sind 3D-gedruckte Handschuhe. Joe Townsend, Tatyana McFadden und Arielle Rausin haben alle mithilfe des 3D-Drucks haltbarere Handschuhe hergestellt, die sich an die Hände der Sportler anpassen und an deren individuelle Bedürfnisse anpassen lassen. Die Handschuhe eignen sich besonders für Rollstuhlrennen, bei denen Frau McFadden ihre Handschuhe während der Paralympischen Spiele 2024 in Paris verwendet.

Jetzt haben Sie es! Der 3D-Druck trägt nach und nach dazu bei, den paralympischen Sport zu verändern und wird für Sportler zu einem Werkzeug, mit dem sie mit ihrem Körper menschliche Grenzen überschreiten können. Gestern endeten die Olympischen Spiele 2024, eine Veranstaltung zur Feier des Einsatzes der additiven Fertigung im Sport.