Cover
SV Hoorcollege's
Summary
# 3D-printtechnieken voor voetorthesen
3D-printtechnieken voor voetorthesen
Voetorthesen zijn essentieel voor het corrigeren van voetdeformiteiten en het verbeteren van de mobiliteit. Traditionele productiemethoden zijn vaak arbeidsintensief en tijdrovend. 3D-printtechnologie biedt een revolutionaire benadering voor het creëren van gepersonaliseerde en functionele orthesen. Dit document bespreekt de belangrijkste 3D-printtechnieken, materialen, printparameters en gerelateerde aspecten die relevant zijn voor de productie van voetorthesen.
## 1. 3D-printtechnieken voor voetorthesen
Voor de productie van 3D geprinte zolen bestaan momenteel drie belangrijke technieken: FDM, SLS en MJF. Deze technieken verschillen in hun werkingsmechanisme, materiaalkeuze, precisie en kosteneffectiviteit.
### 1.1 Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM is een wijdverbreide en toegankelijke 3D-printtechniek waarbij gesmolten filament laag per laag wordt neergelegd.
* **Kenmerken:**
* Gesmolten filament wordt laag per laag neergelegd.
* Toegankelijke en betaalbare techniek.
* Compatibel met TPU-filamenten en flexibele materialen.
* **Toepassingen:**
* Ideaal voor prototypes of individuele correctiezolen.
* Geschikt voor belt-printers voor continue productie, wat een natuurlijke kromming en goede hechting mogelijk maakt, vooral met TPU foam-filamenten.
### 1.2 Selective Laser Sintering (SLS)
SLS maakt gebruik van een laser om poederdeeltjes, meestal van polyamide (PA11 of PA12), selectief te smelten en samen te sinteren.
* **Kenmerken:**
* Laser smelt poederdeeltjes (meestal PA11 of PA12).
* Hoge precisie met een sterke homogene structuur.
* Geen ondersteuningsmateriaal nodig, wat de ontwerpvrijheid vergroot.
* Resulteert in een gladdere afwerking, maar tegen hogere kosten.
* **Toepassingen:**
* Typisch gebruikt voor medische toepassingen vanwege de precisie en sterkte.
* Minder geschikt voor zachte TPU-types, hoewel er uitzonderingen bestaan zoals Ultrasint TPU 01.
### 1.3 Multi Jet Fusion (MJF)
MJF, ontwikkeld door HP, combineert snelheid met detail door middel van warmte-activatie via inkjet-binding en poederfusie.
* **Kenmerken:**
* Warmte-activatie via inkjet-binding en poederfusie.
* Zeer reproduceerbaar en efficiënt bij serieproductie.
* Gebruikt onder andere TPU 88A Ultrasint.
* Hogere investering, maar lagere variabiliteit in stijfheid in vergelijking met andere technieken.
* **Toepassingen:**
* Geschikt voor zoolseries met identieke instellingen, maar minder flexibel voor lokale aanpassingen door de gebruiker.
### 1.4 Parameters die de printkwaliteit beïnvloeden
Diverse printparameters hebben een directe invloed op de kwaliteit en eigenschappen van de geprinte orthese:
* **Nozzle-diameter:** Bepaalt het detailniveau van de print.
* **Laagdikte:** Beïnvloedt de soepelheid en de oppervlakteafwerking.
* **Printsnelheid:** Cruciaal voor hechting tussen lagen en het voorkomen van vervorming.
* **Temperatuur:** Essentieel voor het vloei- en fusiegedrag van het materiaal.
* **Lijnafstand (print spacing):** Bepaalt de densiteit en veerkracht van het materiaal.
### 1.5 Invloed van printoriëntatie
De printoriëntatie, ook wel "layer direction" genoemd, bepaalt het mechanische gedrag van de orthese. Verticale lagen kunnen een risico op breuk met zich meebrengen, terwijl schuine lagen (zoals bij belt-printers) betere flexibiliteit kunnen bieden. De richting beïnvloedt het afrolgedrag en torsie, wat van belang is bij FDM-geprinte zolen. **Anisotropie** is het verschil in sterkte tussen de richting langs en dwars op de printlijnen.
## 2. Printmaterialen en biomechanisch gedrag
De materiaalkeuze is fundamenteel voor het biomechanische gedrag en de functionaliteit van de voetorthese.
### 2.1 Materiaalgedrag: de fysische basis
Belangrijke parameters voor materiaalgedrag zijn:
* **Shore-hardheid:** De weerstand tegen indrukking.
* **Elasticiteitsmodulus:** De weerstand tegen vervorming (stijfheid).
* **Energiedissipatie:** Het vermogen om energie te absorberen.
Hardheid en stijfheid zijn niet hetzelfde; stijfheid is afhankelijk van de structuur en dikte van het materiaal. Demping en terugvering bepalen het comfort, terwijl shearweerstand en wrijvingscoëfficiënt de huidbescherming beïnvloeden.
> **Tip:** Het onderscheid tussen hardheid (weerstand tegen indrukking) en stijfheid (weerstand tegen vervorming) is cruciaal in het zoolontwerp.
### 2.2 Thermoplastisch Polyurethaan (TPU)
TPU is een veelzijdig en populair materiaal voor orthopedische toepassingen vanwege zijn elastische, slijtvaste en veerkrachtige eigenschappen.
* **Kenmerken:**
* Beschikbaar in meerdere Shore A-hardheden (70–95).
* Goede energieabsorptie bij belasting.
* Bestand tegen vocht en oliën.
* Kan zowel massief als in schuimvorm worden geprint.
* **Varianten van TPU:**
* **Varioshore TPU:** Variabele densiteit door microcelstructuur.
* **TPU Foam:** Opgeblazen filament met luchtkamers voor lichtgewicht en demping.
* **TPU Flex Air:** Licht, flexibel met een zachtere compressiecurve, dankzij luchtinsluitingen.
> **Tip:** "Foam TPU" is geen aparte kunststof, maar een interne structuurverandering waarbij lucht wordt ingebracht.
#### 2.2.1 TPU Foam
TPU foam ontstaat door celvorming tijdens extrusie of 3D-printing, waarbij blowing agents worden toegevoegd die tijdens verhitting gasvorming veroorzaken, resulterend in microcellen.
* **Proces:** Toevoegen van blowing agents (bv. azodicarbonamide, natriumbicarbonaat) leidt tot gasvorming (CO₂/N₂) tijdens verhitting, wat microcellen in het materiaal creëert.
* **Regulatie:** Temperatuur, druk en debiet bepalen de celgrootte en dus het eindresultaat.
#### 2.2.2 Verschil met EVA-foam
Bij TPU-foam ontstaat het schuim tijdens de print of extrusie (actieve foaming). Bij EVA-foam gebeurt dit vooraf tijdens productie, door chemische expansie. EVA-foam heeft gesloten cellen met betere isolatie en lagere vochtopname, terwijl TPU-foam open of semi-open cellen heeft, wat zorgt voor meer ademend vermogen en dynamische compressie. TPU is over het algemeen veerkrachtiger elastisch, terwijl EVA meer dempend en rubberachtig is.
### 2.3 Fabricage en milieu-impact van TPU
TPU wordt geproduceerd uit polyol, isocyanaat en additieven, vereist hoge temperaturen en weinig water, met lage emissies van vluchtige stoffen. Het is niet biologisch afbreekbaar, maar wel recyclebaar via herverwerking. Poeder- of filamentresten kunnen deels hergebruikt worden.
> **Tip:** TPU is relatief milieuvriendelijk in vergelijking met veel andere schuimen.
### 2.4 Ethyleenvinylacetaat (EVA)
EVA is een copolymeer van ethyleen en vinylacetaat dat licht, flexibel en waterbestendig is, met zeer goede schokabsorptie.
* **Kenmerken:**
* Licht, flexibel, waterbestendig.
* Zeer goede schokabsorptie.
* Moeilijk recyclebaar door vernetting.
* **Productie:** Geproduceerd via pers- of gietprocessen.
* **Nadelen:** Moeilijk duurzaam te produceren vanwege de chemische vernetting die hergebruik quasi onmogelijk maakt.
### 2.5 Polyamide 11 (PA11)
PA11 is een biogebaseerd nylon, afkomstig uit ricinusolie, wat het een hernieuwbare bron maakt.
* **Kenmerken:**
* Afkomstig uit ricinusolie (hernieuwbare bron).
* Hoge treksterkte en temperatuurbestendigheid.
* Licht, slijtvast, chemisch stabiel.
* Minder flexibel dan TPU.
* **Toepassingen:** Gebruikt in SLS- en MJF-technieken, interessant voor stijvere zolen of componenten zoals hielcups.
### 2.6 TPU Ultrasint (SLS-materiaal van BASF)
Dit materiaal, zoals TPU88A en TPU01, wordt geprint als poeder en resulteert in een homogene, vaste TPU-microstructuur.
* **Kenmerken:**
* Homogene, vaste TPU-microstructuur (compact, zeer consistent, hoge resolutie).
* Mechanisch gedrag: sterk, duurzaam, hoge scheur- en vermoeiingssterkte, voorspelbaar elastisch.
* Afwerking: strakker, nauwkeuriger, industriële kwaliteit.
* **Toepassingen:** Ideaal voor functionele lattices, midsole-achtige structuren en medische orthoses met nauwkeurige stijfheidscontrole.
### 2.7 Toxiciteit en gebruiksveiligheid
TPU en PA11 worden als huidvriendelijk beschouwd en bevatten geen ftalaten. EVA kan soms weekmakers bevatten, afhankelijk van de producent. Ventilatie is essentieel in klinische praktijken met FDM-printers om de operator te beschermen tegen temperatuur en dampen tijdens het printproces. De materialen zelf zijn veilig voor patiënten na afkoeling. Belang van CE- en REACH-certificering.
### 2.8 Milieu-impact samengevat
* **EVA:** Energie-intensieve productie, weinig herbruikbaar.
* **TPU:** Matige impact, herbruikbaar poeder/filament. Minimaal waterverbruik.
* **PA11:** Lage impact, biogebaseerd. Minimaal waterverbruik.
Er is een opkomst van bio-TPU's uit plantaardige bronnen.
## 3. Printparameters
Printparameters bepalen het gedrag van de zool, zoals stijfheid, compressie, stabiliteit en precisie. Deze kunnen worden onderverdeeld in hardware-, materiaal- en procesparameters.
### 3.1 Hardware-parameters
Dit zijn de inherente eigenschappen van de printer.
* **Nozzle (printkop) diameter:** De breedte van de opening waar filament uit komt. Grotere nozzles geven sterkere, stijvere zolen en snellere prints; kleinere nozzles geven meer detail maar zwakkere layer bonding.
* **Extruder type (direct drive vs. bowden):** De manier waarop filament naar de HotEnd wordt geduwd. Direct drive geeft betere controle over TPU en vermindert stringing.
* **HotEnd-capaciteit:** Hoe snel en stabiel de HotEnd warmte kan leveren, cruciaal voor gelijkmatig smelten van TPU.
* **Printbed oppervlak:** Type en coating van het printbed (bv. PEI, BuildTak, glas). Een goede bed-adhesie voorkomt kromtrekken. Bij belt printers gaat dit over een metalen transportband met PEI-coating.
* **Bedverwarming:** De temperatuurregeling van het bouwplatform. Verhoogt laaghechting, vermindert warping en stabiliseert de zoolgeometrie.
### 3.2 Materiaal-parameters
Dit zijn de instellingen gerelateerd aan het gebruikte materiaal.
* **Nozzle-temperatuur:** De warmte waarmee TPU wordt geëxtrudeerd. Hogere temperaturen geven betere layer bonding, lagere temperaturen nettere details maar meer kans op delaminatie.
* **Bed-temperatuur:** De warmte van het bouwplateau. Een optimale temperatuur verzekert stabiele voetcontouren tijdens de print. Typisch 40-60°C voor bed-adhesie.
* **Flow rate (extrusion multiplier):** Hoeveel filament de extruder daadwerkelijk duwt ten opzichte van wat de slicer vraagt. Bepaalt de stevigheid van de zool.
* **Cooling / fan speed:** Hoe hard de ventilator op de print blaast. Lage fan speed is beter voor layer bonding bij TPU; te veel cooling kan de zool broos maken.
* **Retraction:** Het terugtrekken van filament om draden te vermijden. Bij TPU zo laag mogelijk houden om stringing of clogging te voorkomen.
* **Printsnelheid (speed):** Hoe snel de printkop beweegt. Lagere snelheid geeft sterkere, homogenere zolen; hogere snelheid maakt TPU onvoorspelbaar.
### 3.3 Proces-parameters (Slicing)
Dit zijn instellingen die de geometrische opbouw van de zool bepalen.
* **Layer height:** De dikte van elke geprinte laag. Kleinere lagen zijn gladder maar minder sterk; grotere lagen verhogen sterkte en dempingstabiliteit.
* **Infill-percentage:** Hoeveel van het binnenvolume gevuld wordt. Hogere infill leidt tot een stijvere zool, lagere infill tot meer demping en flex.
#### 3.3.1 Wat is infill?
Infill is de interne vulling tussen de buitenlagen van de print. Het bepaalt sterkte, veerkracht, gewicht en demping. Het wordt gedefinieerd door patroon, dichtheid en oriëntatie. Het kan worden vergeleken met trabeculair bot: veel lucht, weinig materiaal, toch sterk.
#### 3.3.2 Infill functies in klinische context
Infill bepaalt:
* Compressiegedrag (comfort).
* Schuifweerstand (shear-controle).
* Veerkarakter (energieopslag).
* Stabiliteit (torsiecontrole).
De combinatie van structuren binnen één zool maakt gepersonaliseerde biomechanica mogelijk. Bijvoorbeeld, een diabeteszool vereist maximale drukspreiding en minimale shear (lagere infill-dichtheid met zachte gyroid), terwijl een sportzool terugvering vereist (dichtere lattice).
#### 3.3.3 Infill-patroon
Het interne patroon van de zool bepaalt de eigenschappen.
* **Gyroid:** Geeft soepele en isotrope demping, combineert veerkracht en vormvastheid, flexibel in meerdere richtingen.
* **Grid:** Is stijver.
* **Triangle:** Robuust maar hard.
##### 3.3.3.1 Soorten infillstructuren
Veelvoorkomende structuren zijn rectilineair, hexagon (honeycomb), gyroid, lattice, en rib- of wavepatronen. De gyroid is wiskundig elegant en biomechanisch relevant vanwege het continue oppervlak zonder zwakke verbindingspunten, wat zorgt voor veerkracht en vormvastheid.
> **Tip:** Gyroiden gedragen zich als een 'veerkrachtig sponsweefsel' dat lokaal vervormt maar globaal zijn vorm behoudt, ideaal voor zolen die zowel steun als dynamiek vereisen.
* **Walls / perimeters:** Het aantal buitenste ringen van de print. Meer walls zorgen voor betere vormvastheid en zijdelingse stabiliteit, wat de zool stijver en duurzamer maakt. Meestal tussen 2 en 4 walls voor zolen.
* **Top & bottom layers:** De dichte schichten boven en onder de infill. Voldoende lagen zorgen voor betere drukverdeling.
* **Shell thickness:** Walls × line width = totale zijdelingse schil. Verhoogt de laterale rigiditeit en stabiliteit.
* **Supports:** Tijdelijke structuren onder overhangs.
* **Brim / skirt / raft:** Randstructuren om de print te stabiliseren, vooral belangrijk om warping te voorkomen.
### 3.4 Printoriëntatie
De oriëntatie van de printlijnen beïnvloedt de sterkte en flexibiliteit. Een longitudinaal patroon geeft meer zijdelingse beweging, terwijl een transversaal patroon meer voor-achterwaartse beweging biedt. Schuine lagen, zoals bij belt-printers, zijn relevant voor de natuurlijke afrol en torsiesturing van de achtervoet.
### 3.5 "Densiteiten" > Functionele compressieprofielen
De termen "hardheid" en "densiteit" worden gebruikt om functionele compressieprofielen te beschrijven, die niet direct overeenkomen met infillpercentages of Shore-hardheid van traditionele materialen. Bij 3D-geprinte TPU-zolen bepaalt de geometrie (structuur) de compressie en demping, in tegenstelling tot EVA waar het materiaal zelf de demping bepaalt.
> **Voorbeeld:** Een 3D-geprinte TPU-zool met een hoge "densiteit" (dichtere infill of specifieke structuur) voelt mogelijk harder aan dan een TPU-materiaal met een hoge Shore-hardheid, omdat de structuur de weerstand tegen vervorming dicteert.
## 4. Van drukdata naar printparameters
Moderne voetorthesen worden ontworpen op basis van meetbare druk- en krachtdata, wat een verschuiving betekent van intuïtieve correctie naar een datagestuurde benadering.
### 4.1 Drukmeting als uitgangspunt
Dynamische drukplaten meten de plantaire belasting, met aandacht voor timing en piekdrukzones. Analyse van gemiddelde druk, contactduur en krachtverloop vertaalt zich naar risicopunten (ulcus, overbelasting). Deze data vormen de input voor CAD-software.
### 4.2 Digitale workflow: van scan tot parameter
De workflow omvat doorgaans:
1. 3D-scan of voetmodel.
2. Overlay van drukdata op de voetvorm.
3. CAD-design met specifieke zones (hiel, middenvoet, voorvoet).
4. Lokale toekenning van printparameters.
5. Export naar slicer met bijhorende instellingen.
Moderne software koppelt drukdata direct aan geometrische aanpassingen.
### 4.3 Van drukwaarde naar materiaalrespons
Overgangszones creëren vloeiende drukverdeling. Alternatief is het variëren van wanddikte of ribrichting. "Load-to-stiffness mapping" is een systeem waarbij drukkrachten numeriek worden vertaald naar structurele parameters, wat resulteert in zolen die biomechanisch reageren op belasting.
> **Tip:** Podologen creëren met deze technologie geen vaste vorm, maar een "formule" voor een dynamisch reagerende orthese.
### 4.4 Klinische toepassingen
* **Diabetesvoet:** Drukverlaging onder de MTPG's (metatarsofalangeale gewrichten).
* **Sportzool:** Energieopslag bij de afrolfase, terugverend karakter in de achtervoet.
* **Functionele Hallux Limitus:** Een "soepelere" eerste straal.
* **Pijnklachten thv de hiel:** Gerichte demping en belastingverdeling.
Drukdata dient niet alleen voor drukvermindering ("offloading"), maar ook om prestatie te optimaliseren (energiebeheer, stabiliteit).
## 5. Afwerking en covers
De coverlaag is essentieel voor zowel biomechanisch als sensorisch comfort en interactie met de huid.
### 5.1 Functie van de coverlaag
* Beschermt de zool tegen slijtage en vocht.
* Verbetert comfort en temperatuurgevoel.
* Vermindert schuifkrachten tussen huid en zool.
* Bepalend voor druk- en wrijvingsgedrag.
* Kan therapeutisch gekozen worden (shear-reductie, demping).
### 5.2 Veelgebruikte covermaterialen
* **EVA-toplaag:** Goedkoop, zacht, maar slijt snel.
* **PPT / Diafoam:** Gesloten-cellig schuim met shear-reductie.
* **Poron / urethaanschuim:** Sterk dempend, energie-absorberend.
* **Teflon-laminaat:** Extreem lage wrijvingscoëfficiënt.
### 5.3 Shearreductie en wrijvingscontrole
Shear is de tangentiële kracht parallel aan het huidoppervlak, veroorzaakt door voetrotatie, afrol of schuiven in schoeisel. De cover bepaalt de wrijvingscoëfficiënt ($\mu$). Een lagere $\mu$ vermindert huidstress, maar kan ook stabiliteit verminderen. Er is een balans nodig tussen glijden en grip.
### 5.4 Adhesie en duurzaamheid
TPU en EVA hechten moeilijk door verschillende polariteit. Hechtversterking kan via primer of thermische bonding plaatsvinden. Mechanische hechting door een ruw oppervlak verbetert de duurzaamheid. Covers slijten meestal vóór de zool en moeten daarom makkelijk vervangbaar zijn (vervanging circa 6-12 maanden).
## 6. Regelgeving en duurzaamheid
Het ontwerpen van voetorthesen vereist aandacht voor medische regelgeving en ecologische grenzen.
### 6.1 MDR: Medische Hulpmiddelenverordening
De MDR (EU 2017/745) bepaalt de eisen voor medische hulpmiddelen. Podologische zolen vallen onder maatwerk-hulpmiddelen, klasse I. Vereist zijn: traceerbaarheid, patiëntspecifieke documentatie en CE-markering. De podoloog is eindverantwoordelijk voor de klinische toepassing.
> **Tip:** De podoloog is niet slechts een gebruiker, maar de fabrikant van een maatwerkproduct en dient derhalve de patiëntspecifieke documentatie bij te houden.
#### 6.1.1 MDR (Medical Device Regulation): vereiste documenten
* Patiëntfiche met klinische gegevens.
* Ontwerp- en materiaalbeschrijving.
* Traceerbaar uniek identificatienummer.
* Risicoanalyse en conformiteitsverklaring.
* Bewaartermijn: minimaal 10 jaar na aflevering.
### 6.2 GDPR: Gegevensbescherming
3D-scans en plantaire drukmetingen worden beschouwd als biometrische persoonsgegevens en vallen onder de GDPR. Opslag vereist geïnformeerde toestemming, en bestanden moeten versleuteld of beveiligd worden opgeslagen en alleen gedeeld worden met erkende leveranciers.
### 6.3 Rol van leverancier en podoloog
De leverancier is producent van hardware/software, terwijl de podoloog de klinisch verantwoordelijke en eindfabrikant is. Er is een duidelijke taakverdeling vereist: de leverancier verzorgt CE- en materiaaldocumentatie, en de podoloog voegt de patiëntspecifieke analyse toe. De samenwerking is een gedeelde verantwoordelijkheid waarbij de leverancier technische veiligheid garandeert en de podoloog de medische geschiktheid bepaalt.
## 7. Toekomst en innovatie
3D-printing is de start van een nieuw paradigma in podologie, waarin ontwerpers van functionaliteit een cruciale rol spelen.
### 7.1 Nieuwe filamenten en schuimen
Ontwikkelingen omvatten bio-gebaseerde TPU's, recyclebare filamenten met gesloten productieketens, hybride materialen, expanding foams met gecontroleerde celstructuur, en nanogevulde polymeren.
### 7.2 Smart materials en sensortechnologie
Geïntegreerde druksensoren, piëzoresistieve TPU's, verbinding met smartphone-apps voor data logging en feedback, en adaptieve zolen die reageren op belasting met vormverandering, openen nieuwe mogelijkheden voor revalidatie, sportanalyse en diabeteszorg. Dit markeert het begin van "smart orthoses".
### 7.3 Kunstmatige intelligentie in ontwerp
AI-algoritmes kunnen optimale zoolontwerpen genereren op basis van machine learning op druk- en gangdata. Zelflerende systemen verbeteren correcties per patiënt, waarbij de podoloog de rol van eindverantwoordelijke interpretator behoudt. Sommige CAD-platforms gebruiken AI al voor ontwerpvoorstellen, waarbij de podoloog fungeert als kwaliteitsbewaker.
---
# Printmaterialen en biomechanisch gedrag
Dit gedeelte verkent de eigenschappen van verschillende materialen die gebruikt worden voor 3D-geprinte zolen, met een focus op Thermoplastisch Polyurethaan (TPU) en Ethyleenvinylacetaat (EVA), en bespreekt de biomechanische aspecten zoals hardheid, stijfheid, demping en terugvering.
## 2. Printmaterialen en biomechanisch gedrag
### 2.1 Materiaalgedrag: de fysische basis
De belangrijkste fysische parameters die het gedrag van materialen voor zolen bepalen zijn:
* **Shore-hardheid:** Weerstand tegen indrukking.
* **Elasticiteitsmodulus:** Maat voor stijfheid, de weerstand tegen vervorming.
* **Energiedissipatie:** Het vermogen van een materiaal om energie te absorberen.
Het onderscheid tussen **hardheid** (weerstand tegen indrukking) en **stijfheid** (weerstand tegen vervorming) is cruciaal in zoolontwerp. Deze eigenschappen zijn afhankelijk van zowel de materiaalsamenstelling als de structuur en dikte.
Verder zijn de volgende eigenschappen relevant:
* **Demping en terugvering:** Bepalen het comfort van de zool.
* **Shearweerstand en wrijvingscoëfficiënt:** Belangrijk voor de bescherming van de huid tegen wrijving en schuifkrachten.
### 2.2 Thermoplastisch polyurethaan (TPU)
TPU is een veelzijdig materiaal voor moderne zolen, bekend om zijn:
* **Elasticiteit, slijtvastheid en veerkracht.**
* **Variabele Shore A-hardheden:** Beschikbaar in een reeks van 70 tot 95.
* **Goede energieabsorptie:** Effectief bij belasting.
* **Bestandheid tegen vocht en oliën.**
TPU kan in **massieve** vorm worden toegepast, of als **schuim**. Foam-TPU's zijn adaptieve polymeren die door gecontroleerde uitzetting hun dichtheid en dus de Shore-hardheid kunnen moduleren. Ze combineren de rek- en scheurweerstand van TPU met de veerkracht van EVA.
#### 2.2.1 Varianten van TPU
Er zijn verschillende varianten van TPU die specifiek zijn ontworpen voor orthopedische toepassingen:
* **VarioShore TPU:** Maakt gebruik van een microcelstructuur om variabele dichtheid te bereiken.
* **TPU Foam:** Verwerkt luchtkamers in het materiaal door middel van gecontroleerde uitzetting van het filament, wat resulteert in een lager gewicht en verbeterde veerwerking.
* **TPU Flex Air:** Ontworpen voor een lichte, flexibele toepassing met een zachtere compressiecurve, eveneens dankzij luchtinsluitingen.
Het principe van "foam TPU" is geen aparte kunststof, maar een aangepaste interne structuur waarbij lucht wordt geïntroduceerd via gecontroleerde gasinjectie of geëxpandeerd filament.
#### 2.2.2 TPU foam productie
TPU foam ontstaat tijdens het print- of extrusieproces door de toevoeging van blowing agents (zoals azodicarbonamide, sodium bicarbonate, of thermisch actieve polymeren). Tijdens verhitting ontstaat gas (CO₂/N₂), wat leidt tot de vorming van microcellen in het materiaal. Dit verlaagt de dichtheid en zorgt voor een zachter gevoel. Een precieze controle van temperatuur, druk en debiet is essentieel voor het bepalen van de celgrootte.
#### 2.2.3 Verschil met EVA-foam
Het schuimvormingsproces verschilt tussen TPU en EVA:
* **TPU foam:** Actieve foaming tijdens printen/extrusie (in-situ foaming).
* **EVA foam:** Voorafgaande schuimvorming tijdens platenproductie in een mal of oven door chemische expansie.
EVA-foam heeft doorgaans gesloten cellen, wat zorgt voor betere isolatie en lagere vochtopname. TPU-foam daarentegen heeft open of semi-open cellen, wat resulteert in een meer ademend en dynamisch compressiegedrag. Over het algemeen wordt TPU omschreven als meer "verend elastisch", terwijl EVA meer "dempings-rubberachtig" aanvoelt.
#### 2.2.4 Fabricage en milieu-impact van TPU
De productie van TPU vereist specifieke omstandigheden:
* **Grondstoffen:** Gemaakt uit polyol, isocyanaat en additieven.
* **Productiecondities:** Vereist hoge temperatuur met minimaal waterverbruik.
* **Emissies:** Lage uitstoot van vluchtige stoffen.
* **Recyclebaarheid:** Niet biologisch afbreekbaar, maar wel recyclebaar via industriële herverwerking. Poeder- of filamentresten kunnen deels hergebruikt worden.
TPU wordt beschouwd als relatief milieuvriendelijker dan veel andere schuimsoorten, zoals polyurethaanschuim. De recyclingmogelijkheden zijn echter beperkt tot industriële processen.
### 2.3 EVA: Ethyleenvinylacetaat
EVA is een veelgebruikt klassiek zoolmateriaal, dat gekenmerkt wordt door:
* **Samenstelling:** Een copolymeer van ethyleen en vinylacetaat.
* **Eigenschappen:** Lichtgewicht, flexibel en waterbestendig.
* **Schokabsorptie:** Biedt zeer goede schokabsorptie.
* **Recyclebaarheid:** Moeilijk recyclebaar vanwege vernetting.
De populariteit van EVA berust op het comfortgevoel dat het biedt, ondanks de uitdagingen op het gebied van duurzame productie en hergebruik door de chemische vernetting.
### 2.4 PA11: Biogebaseerd nylon
PA11 is een innovatief materiaal dat duurzaamheid combineert met structurele sterkte:
* **Herkomst:** Afkomstig uit ricinusolie, een hernieuwbare bron.
* **Eigenschappen:** Hoge treksterkte, temperatuurbestendigheid, lichtgewicht, slijtvast en chemisch stabiel.
* **Flexibiliteit:** Minder flexibel dan TPU.
* **Toepassing:** Gebruikt in Selective Laser Sintering (SLS) en Multi Jet Fusion (MJF) printtechnieken.
PA11 is bijzonder interessant voor stijvere zolen of componenten zoals hielcups.
### 2.5 TPU Ultrasint (SLS-materiaal van BASF)
TPU Ultrasint, zoals TPU88A en TPU01, wordt geprint als poeder en biedt een andere set eigenschappen:
* **Structuur:** Homogene, vaste TPU-microstructuur zonder schuimvorming. Dit resulteert in een compacte, zeer consistente structuur met hoge resolutie.
* **Mechanisch gedrag:** Sterk, duurzaam, met een hoge scheur- en vermoeiingssterkte en voorspelbaar elastisch gedrag.
* **Afwerking:** Levert een strakkere, nauwkeurigere en industriële afwerking op.
* **Toepassing:** Ideaal voor functionele lattices, midsole-achtige structuren en medische orthoses met zeer nauwkeurige stijfheidscontrole.
### 2.6 Toxiciteit en gebruiksveiligheid
Bij het kiezen en gebruiken van printmaterialen voor zolen zijn er aspecten van toxiciteit en veiligheid te overwegen:
* **Huidvriendelijkheid:** TPU en PA11 worden als huidvriendelijk beschouwd en bevatten geen ftalaten. EVA kan echter soms weekmakers bevatten, afhankelijk van de producent.
* **Certificeringen:** Het belang van CE- en REACH-certificering voor medische hulpmiddelen.
* **Printproces:** Het printproces zelf, met verhoogde temperaturen en dampen, brengt risico's met zich mee voor de operator. Goede ventilatie is essentieel, met name in klinische praktijken die gebruik maken van FDM-printers. Na afkoeling zijn de materialen veilig voor patiënten.
### 2.7 Milieu-impact samengevat
Een overzicht van de milieu-impact van de meest voorkomende materialen:
* **EVA:** Energie-intensieve productie en beperkte herbruikbaarheid.
* **TPU:** Matige milieu-impact, met de mogelijkheid tot hergebruik van poeder en filament. Het waterverbruik is minimaal. Opkomst van bio-TPU's uit plantaardige bronnen verbetert de duurzaamheid.
* **PA11:** Lage milieu-impact door het biogebaseerde karakter.
Het waterverbruik bij de productie van TPU en PA11 is minimaal.
> **Tip:** Het is belangrijk om bij het selecteren van materialen rekening te houden met zowel de functionele eisen van de zool als de milieu-impact, en te zoeken naar duurzame alternatieven zoals bio-TPU's.
---
Dit is een samenvatting gebaseerd op de aangeleverde tekst. Voor een dieper begrip van specifieke materialen en hun gedrag, raadpleeg verdere literatuur en technische specificaties van materiaalfabrikanten.
---
# Printparameters en hun invloed op de zoolstructuur
Dit onderdeel duikt diep in de specifieke parameters van 3D-printen die de uiteindelijke kwaliteit, het gedrag en de biomechanische eigenschappen van een geprinte zool bepalen, inclusief hardware-, materiaal- en procesparameters.
### 3.1 Soorten printparameters
De printparameters kunnen grofweg worden ingedeeld in drie categorieën: hardwareparameters, materiaalparameters en procesparameters. Deze parameters bepalen gezamenlijk de uiteindelijke stijfheid, compressie, stabiliteit en precisie van de zool.
#### 3.1.1 Hardware-parameters
Dit zijn de fysieke eigenschappen van de 3D-printer zelf.
* **Nozzle-diameter:** De breedte van de opening waar het filament uitkomt (bv. $0.4$, $0.6$, $0.8$ mm). Grotere diameters resulteren in sterkere, stijvere zolen en snellere prints, terwijl kleinere diameters meer detail bieden maar de hechting tussen lagen kunnen verminderen.
* **Extruder type (direct drive vs. Bowden):** De methode waarmee filament naar de hotend wordt geduwd. Direct drive biedt betere controle, wat cruciaal is voor flexibele materialen zoals TPU, en vermindert stringing en inconsistentie.
* **HotEnd-capaciteit:** De snelheid en stabiliteit waarmee de hotend warmte kan leveren. Dit is essentieel voor het gelijkmatig smelten van TPU en het produceren van sterke, homogene zolen.
* **Printbed oppervlak:** Het type en de coating van het bouwplatform (bv. PEI, BuildTak, glas). Bij continu lopende bandprinters gaat het om een metalen band met een PEI-coating. Een goede hechting van het printbed voorkomt kromtrekken en mislukte prints.
* **Bedverwarming:** De temperatuurregeling van het bouwplatform. Dit verhoogt de laaghechting, vermindert warping en stabiliseert de zoolgeometrie tijdens het printen.
#### 3.1.2 Materiaal-parameters
Dit zijn instellingen gerelateerd aan het te printen materiaal.
* **Nozzle-temperatuur:** De temperatuur waarmee het filament wordt geëxtrudeerd. Een hogere temperatuur bevordert de hechting tussen lagen, terwijl een lagere temperatuur zorgt voor nettere details maar een verhoogd risico op delaminatie.
* **Bed-temperatuur:** De temperatuur van het bouwplateau. Een te lage temperatuur kan leiden tot loskomen van de print, terwijl een optimale temperatuur zorgt voor stabiele voetcontouren tijdens het printen. Een typische bedtemperatuur voor hechting ligt tussen $40$ en $60$ graden Celsius.
* **Flow rate (extrusion multiplier):** De hoeveelheid filament die de extruder daadwerkelijk duwt in verhouding tot wat de slicer aanvraagt. Deze parameter is cruciaal voor het compressiegedrag van de zool; een te lage flow rate kan leiden tot holle en instabiele structuren, terwijl een te hoge flow rate resulteert in massieve en potentieel te stijve zolen.
* **Cooling / fan speed:** De snelheid van de ventilator die de geprinte laag koelt. Bij TPU is een lage ventilatorsnelheid gunstig voor een betere laaghechting. Te veel koeling kan de zool broos en ongelijkmatig maken.
* **Retraction:** Het terugtrekken van filament om "stringing" (draadvorming) te voorkomen. Bij TPU moet dit zo laag mogelijk worden ingesteld om stringing of verstopping (clogging) te vermijden.
* **Printsnelheid (speed):** De snelheid waarmee de printkop beweegt tijdens extrusie. Een lagere snelheid resulteert in sterkere en homogenere zolen, terwijl een hogere snelheid het gedrag van TPU onvoorspelbaar kan maken.
#### 3.1.3 Proces-parameters (Slicing)
Dit zijn instellingen die worden geconfigureerd in de slicer-software.
* **Layer height:** De dikte van elke geprinte laag. Kleinere lagen zorgen voor een gladder oppervlak, maar verminderen de sterkte. Grotere lagen verhogen de sterkte en de stabiliteit van de demping.
* **Infill-percentage:** Het percentage van het interne volume dat wordt gevuld met materiaal. Een hoger infill-percentage leidt tot een stijvere zool, terwijl een lager percentage meer demping en flexibiliteit biedt.
> **Tip:** Het infill-percentage is een sleutelparameter om de mechanische eigenschappen van de zool te moduleren. Een lager percentage is vaak wenselijk voor comfort en demping, terwijl een hoger percentage nodig is voor structurele ondersteuning en stijfheid.
##### 3.1.3.1 Wat is infill?
Infill verwijst naar de interne vulling tussen de buitenlagen van een 3D-print. Het bepaalt de sterkte, veerkracht, het gewicht en de demping van het object. Infill wordt gedefinieerd door het patroon, de dichtheid en de oriëntatie. Het kan vergeleken worden met trabeculair bot: veel lucht, weinig materiaal, maar toch sterk.
##### 3.1.3.2 Infill functies in klinische context
Infill speelt een cruciale rol in het biomechanisch gedrag van de zool:
* **Compressiegedrag:** Bepaalt het comfort onder belasting.
* **Schuifweerstand (shear-controle):** Beïnvloedt hoe de voet over de zool beweegt.
* **Veerkarakter:** Cruciaal voor energieopslag en terugvering.
* **Stabiliteit (torsiecontrole):** Draagt bij aan de stabiliteit van de achtervoet en het algemene afrolgedrag.
Door structuren binnen één zool te combineren, kan een gepersonaliseerde biomechanica worden bereikt. Bijvoorbeeld, een diabeteszool vereist maximale drukspreiding en minimale shear, wat kan worden bereikt met een lagere infill-dichtheid en een gyroïde patroon. Een sportzool kan baat hebben bij meer terugvering door een dichtere lattice structuur.
##### 3.1.3.3 Infill-patroon
Het patroon van de infill bepaalt de interne structuur en daarmee de eigenschappen van de zool.
* **Gyroid:** Biedt soepele en isotrope demping, flexibel in meerdere richtingen en combineert veerkracht met vormvastheid. Dit patroon wordt vaak beschouwd als superieur vanwege het continue oppervlak zonder zwakke verbindingspunten, wat stressconcentratie vermindert. Gyroiden gedragen zich als een veerkrachtig sponsweefsel dat lokaal vervormt maar globaal zijn vorm behoudt.
* **Grid:** Levert een stijvere structuur.
* **Triangle:** Biedt een robuuste, maar harde vulling.
* **Rectilineair:** Rechte lijnen, snel te printen.
* **Hexagon (honeycomb):** Sterk en isotroop gedrag.
* **Lattice:** Driedimensionale netwerken, vaak parametrisch ontworpen voor specifieke functies.
* **Rib- of wavepatronen:** Gericht op gecontroleerde buiging.
> **Tip:** De gyroidstructuur is biomechanisch zeer relevant omdat het geen scherpe hoeken heeft, wat stressconcentratie vermindert. Dit resulteert in een betere energieopslag en terugvering bij het afrollen van de voet.
##### 3.1.3.4 Walls / perimeters
Dit zijn de buitenste ringen van de print. Meer walls zorgen voor betere vormvastheid en zijdelingse stabiliteit, wat de zool stijver en duurzamer maakt, maar de elasticiteit voor laterale vervorming vermindert. Voor zolen worden meestal $2$ tot $4$ walls gebruikt.
##### 3.1.3.5 Top & bottom layers
Dit zijn de dichte lagen boven en onder de infill. Voldoende lagen zorgen voor een betere drukverdeling en voorkomen voelbare ribbels op het oppervlak.
##### 3.1.3.6 Shell thickness
De totale dikte van de zijdelingse schil, berekend als walls vermenigvuldigd met de line width. Dit verhoogt de laterale rigiditeit en stabiliteit van de zool.
##### 3.1.3.7 Supports
Tijdelijke structuren die nodig zijn om overhangende delen van de print te ondersteunen tijdens het printen.
##### 3.1.3.8 Brim / skirt / raft
Randstructuren rond de print die helpen bij de stabiliteit van het object op het printbed, voornamelijk om warping (kromtrekken) te voorkomen bij grotere objecten.
#### 3.1.4 Printoriëntatie
De oriëntatie van de printlijnen (laagrichting) heeft een aanzienlijke invloed op de sterkte en flexibiliteit van de zool.
* **Longitudinale patronen:** Leiden tot meer zijdelingse beweging.
* **Transversale patronen:** Bieden meer weerstand tegen voor-achterwaartse beweging.
* **Schuine lagen (zoals bij belt-printers):** Bootsen de natuurlijke afrolbeweging van de voet na en zijn relevant voor torsiesturing en stabiliteit van de achtervoet.
Anisotropie verwijst naar het verschil in sterkte tussen de richting langs en dwars op de printlijnen.
> **Tip:** De printoriëntatie is cruciaal voor het beheersen van torsie en stabiliteit, met name in de achtervoet.
#### 3.1.5 "Densiteiten" > functionele compressieprofielen
De term "densiteit" bij 3D-geprinte zolen is complexer dan bij traditionele materialen. In plaats van een directe correlatie met Shore-hardheid, is de perceptie van hardheid bij TPU-lattices een samenspel van geometrie, materiaal en printinstellingen. Waarden zoals extra hard ($40$), hard ($30$), normaal ($24$), zacht ($21$) en extra zacht ($14$) vertegenwoordigen functionele compressieprofielen in plaats van een fysieke dichtheid of infill-percentage.
Het verschil tussen 3D-geprint TPU en EVA (ethyleenvinylacetaat) in termen van gevoel is significant. Puur TPU is intrinsiek harder dan de meeste EVA-zolen. De compressie en het dempende effect van een 3D-geprinte TPU-zool worden voornamelijk gecreëerd door de geometrie van de structuur, niet door het materiaal op zich. Bij EVA bepaalt het materiaal de demping; bij 3D-geprint TPU bepaalt de structuur de demping.
#### 3.1.6 Variatie in stijfheid en compressie
De combinatie van infill-percentage, infill-patroon en layer height maakt het mogelijk om de stijfheid en compressie lokaal aan te passen. Dit opent deuren naar het creëren van zolen met gedifferentieerde zones die specifieke biomechanische functies vervullen, zoals het bieden van meer demping in de hiel of meer stabiliteit in de middenvoet.
### 3.2 Invloed op de zoolstructuur
De hierboven genoemde printparameters hebben directe gevolgen voor de uiteindelijke zoolstructuur en de daarmee samenhangende biomechanische eigenschappen:
* **Detailniveau:** Bepaald door de nozzle-diameter en de nauwkeurigheid van de printer. Kleinere nozzles maken fijnere details en complexere structuren mogelijk.
* **Soepelheid en oppervlak:** Beïnvloed door de laagdikte. Dunnere lagen leiden tot een gladder oppervlak, terwijl dikkere lagen meer textuur kunnen introduceren en potentieel bijdragen aan de demping.
* **Hechting en vervorming:** Gevoelig voor printsnelheid en temperaturen. Optimale instellingen zorgen voor sterke hechting tussen lagen en minimaliseren vervorming.
* **Vloei- en fusiegedrag:** Gedomineerd door de extrusietemperatuur. Een correcte temperatuur zorgt voor een goede smelting en fusie van het materiaal, wat essentieel is voor de integriteit van de zool.
* **Dichtheid en veerkracht:** Sterk afhankelijk van het infill-percentage en infill-patroon. Een hogere dichtheid en specifieke patronen zoals de gyroid kunnen leiden tot verhoogde veerkracht en een meer gecontroleerde compressie.
### 3.3 Slicing parameters: Verder dan infill
Naast infill zijn er andere belangrijke slicing parameters die de zoolstructuur beïnvloeden:
* **Walls/perimeters:** Bepalen de zijdelingse stabiliteit en vormvastheid.
* **Top & bottom layers:** Zorgen voor een goede drukverdeling en afwerking van het oppervlak.
* **Shell thickness:** Verhoogt de laterale rigiditeit.
* **Supports:** Noodzakelijk voor het printen van overhangende delen.
* **Brim/skirt/raft:** Verbeteren de hechting aan het printbed en voorkomen warping.
### 3.4 Printoriëntatie en mechanisch gedrag
De oriëntatie van de printlagen beïnvloedt direct de mechanische eigenschappen, zoals sterkte en flexibiliteit. Een "layer direction" die meer longitudinaal is, kan leiden tot meer zijdelingse beweging, terwijl een transversale richting meer stabiliteit biedt. Schuine lagen, zoals die gecreëerd worden door belt-printers, bieden een meer natuurlijke afrol en betere flexibiliteit, wat de torsiesturing en stabiliteit van de achtervoet ten goede komt.
### 3.5 "Densiteiten" en functionele compressieprofielen
De waarden die functionele compressieprofielen aangeven (bv. $40-14$ eenheden) zijn niet direct vergelijkbaar met Shore-hardheid. In plaats daarvan vertegenwoordigen ze hoe de zool reageert op druk. Het materiaal (TPU) is op zichzelf vaak harder dan traditionele zoolmaterialen zoals EVA. De zachtheid en demping die men ervaart bij een 3D-geprinte zool worden primair bepaald door de architectuur en geometrie die tijdens het printproces wordt gecreëerd. De 3D-structuur, met name bij lattice-ontwerpen, is verantwoordelijk voor de compressie en dus voor het dempende effect.
### 3.6 Van drukdata naar printparameters
Moderne podologische praktijken gebruiken drukcensoren om de belasting op de voet te meten. Deze dynamische drukplaatgegevens, die piekdrukzones, contactduur en krachtverloop vastleggen, worden vervolgens vertaald naar specifieke printparameters. Dit proces omvat het overleggen van drukdata op een 3D-voetmodel, het ontwerpen van de zool in CAD-software met specifieke zones, en het lokaal toekennen van aangepaste printparameters.
* **Load-to-stiffness mapping:** Een systeem waarbij drukkrachten numeriek worden vertaald naar structurele parameters. Dit resulteert in zolen die biomechanisch reageren op belasting.
* **Klinische toepassingen:**
* **Diabetesvoet:** Drukverlaging onder specifieke drukpunten (bv. MTPG's).
* **Sportzolen:** Optimaliseren van energieopslag en terugvering tijdens de afrolfase, met een "terugverend karakter in de achtervoet".
* **Functionele Hallux Limitus:** Creëren van een "soepele" eerste straal.
* **Hielpijn:** Verbeteren van demping en belastingverdeling.
Drukdata is niet alleen voor "offloading", maar ook voor het optimaliseren van prestaties, zoals energiebeheer en stabiliteit.
---
# Van drukdata naar gepersonaliseerde printparameters
Dit deel beschrijft de workflow van het omzetten van biomechanische informatie, zoals drukmetingen, naar concrete printparameters voor het ontwerpen van gepersonaliseerde zolen, waarbij de rol van CAD-software en de analyse van drukwaarden centraal staan.
### 4.1 De digitale workflow van scan tot parameter
De creatie van een 3D-geprinte zool is een proces dat begint met het verzamelen van specifieke patiëntgegevens en deze vertaalt naar configureerbare printinstellingen.
#### 4.1.1 Drukmeting als uitgangspunt
Dynamische drukplaten zijn essentieel voor het vastleggen van de plantaire belasting tijdens het lopen. Analyse van deze data focust op de timing, piekdrukzones, gemiddelde druk, contactduur en het krachtverloop. Deze informatie wordt gebruikt om risicopunten, zoals ulcusvorming of overbelasting, te identificeren en dient als directe input voor de CAD-software.
#### 4.1.2 Data-overlay en CAD-design
Het proces start typisch met een 3D-scan van de voet of een bestaand voetmodel. Over deze geometrische basis wordt de drukdata gevisualiseerd. Vervolgens wordt de zool digitaal ontworpen in CAD-software, waarbij de voet wordt opgedeeld in functionele zones (hiel, middenvoet, voorvoet). Aan deze zones kunnen vervolgens specifieke printparameters worden toegekend, wat leidt tot een lokale, aangepaste mechanische respons.
#### 4.1.3 Vertaling naar materiaalrespons en printinstellingen
Het doel is om de gemeten drukken en krachten te vertalen naar structurele parameters die de printer kan begrijpen en uitvoeren. Dit proces, ook wel "load-to-stiffness mapping" genoemd, stelt ontwerpers in staat om zolen te creëren die biomechanisch adequaat reageren op de belasting. Dit resulteert in een gepersonaliseerde, aanpasbare mechanische respons van de zool.
> **Tip:** Moderne softwarefaciliteert de directe koppeling tussen drukdata en geometrische aanpassingen in het ontwerp, wat de personalisatie van zolen aanzienlijk verbetert.
#### 4.1.4 Klinische toepassingen en gepersonaliseerde biomechanica
De drukdata wordt gebruikt om zolen te ontwerpen die specifiek inspelen op klinische behoeften. Voorbeelden hiervan zijn:
* **Diabetesvoet:** Drukverlaging onder de metatarsale koppen (MTPG's) om ulcusvorming te voorkomen.
* **Sportzolen:** Optimalisatie van energieopslag tijdens de afrolfase door een "terugverend karakter" in de achtervoet te creëren.
* **Functionele Hallux Limitus:** Het creëren van een "soepelere" eerste straal voor verbeterde biomechanica.
* **Hielpijn:** Gerichte demping en belastingverdeling om pijnklachten te verminderen.
Drukdata is niet alleen cruciaal voor "offloading" (drukvermindering), maar ook voor het optimaliseren van prestaties door middel van energiebeheer en stabiliteit.
#### 4.1.5 Van drukwaarde naar functionele compressieprofielen
De omzetting van drukwaarden naar zoolstructuur en printparameters is complex. Het vereist een diepgaand begrip van hoe geometrie, materiaal en printinstellingen samenwerken om de gewenste mechanische respons te verkrijgen. In plaats van een vaste vorm, wordt een "formule" gecreëerd die de interactie tussen de voet en de ondergrond reguleert. De uitkomst is een zool met lokaal aangepaste stijfheid, compressie, stabiliteit en precisie.
### 4.2 De rol van CAD-software en parameters
CAD-software fungeert als de brug tussen de biomechanische data en de technische specificaties voor de 3D-printer. Het stelt de gebruiker in staat om de interne architectuur van de zool te ontwerpen, wat direct invloed heeft op het gedrag ervan.
#### 4.2.1 Indeling van printparameters
Printparameters worden doorgaans onderverdeeld in drie categorieën:
1. **Hardware-parameters:** Eigenschappen van de 3D-printer zelf (bv. nozzle-diameter, extruder type).
2. **Materiaal-parameters:** Eigenschappen van het printmateriaal en hoe deze reageert op printomstandigheden (bv. nozzle-temperatuur, flow rate).
3. **Proces-parameters (Slicing):** Instellingen die bepalen hoe de zool laag voor laag wordt opgebouwd (bv. layer height, infill-percentage).
#### 4.2.2 Essentiële proces-parameters voor zoolontwerp
Specifieke proces-parameters zijn van cruciaal belang voor het functionele gedrag van 3D-geprinte zolen:
* **Layer height (laagdikte):** Kleine lagen resulteren in een gladder oppervlak maar kunnen de sterkte verminderen. Grotere lagen verhogen de sterkte en stabiliteit van de demping.
* **Infill-percentage:** Bepaalt de interne vulling van de zool. Een hogere infill leidt tot een stijvere zool, terwijl een lagere infill meer demping en flexibiliteit biedt.
* **Infill-patroon:** De interne structuur (bv. gyroid, grid, triangle) beïnvloedt de sterkte, veerkracht, het gewicht en de demping. Gyroid-patronen worden geprezen om hun soepele, isotrope demping en veerkracht.
* **Walls/perimeters:** Het aantal buitenste lagen van de print. Meer muren zorgen voor betere vormvastheid en zijdelingse stabiliteit, wat de duurzaamheid ten goede komt, maar kan latere elasticiteit verminderen.
* **Top & bottom layers:** De dichte lagen boven en onder de infill. Voldoende lagen zorgen voor een betere drukverdeling.
* **Shell thickness:** De totale dikte van de zijdelingse wanden, wat de laterale rigiditeit en stabiliteit van de zool verhoogt.
* **Supports:** Tijdelijke structuren die nodig zijn onder overhangende delen tijdens het printen.
* **Brim/skirt/raft:** Randstructuren die de print stabiliseren en warping helpen voorkomen.
#### 4.2.3 Printoriëntatie en biomechanisch gedrag
De oriëntatie van de printlijnen ("layer direction") heeft een significante impact op de mechanische eigenschappen van de zool, zoals sterkte en flexibiliteit. Anisotropie beschrijft het verschil in sterkte tussen richtingen langs en dwars op de printlijnen. Een longitudinale patroon kan meer zijdelingse beweging toelaten, terwijl een transversaal patroon meer controle in voor-achterwaartse richting biedt. Schuine lagen, zoals bij belt-printers, worden geassocieerd met een natuurlijkere afrol en stabiliteit van de achtervoet.
#### 4.2.4 "Densiteiten" versus functionele compressieprofielen
De perceptie van "hardheid" in 3D-geprinte TPU-zolen verschilt fundamenteel van traditionele materialen zoals EVA. Bij TPU-lattices wordt de compressie voornamelijk bepaald door de geometrie van de structuur, en niet enkel door de inherente materiaalhardheid (Shore A). Functionele compressieprofielen, zoals "extra hard" tot "extra zacht" (bijvoorbeeld met waarden van 40 tot 14), beschrijven het gedrag van de zool onder belasting, wat een samenspel is van geometrie, materiaal en printinstellingen.
> **Example:** Bij een TPU-zool met een hoge infill-dichtheid en een stevig infill-patroon zal de zool harder aanvoelen en meer ondersteuning bieden dan een zool met een lage infill-dichtheid en een flexibeler patroon, zelfs als het basismateriaal (TPU) hetzelfde is. Dit is in tegenstelling tot EVA, waar de Shore-hardheid direct de compressiekarakteristieken bepaalt.
### 4.3 Data-integratie in het ontwerp
Het moderne zoolontwerp transformeert van een intuïtief proces naar een data-gedreven workflow.
#### 4.3.1 Van drukdata naar geometrische aanpassingen
De analyse van drukdata vormt de basis voor het ontwerpen van de zoolvorm en -structuur. CAD-software maakt het mogelijk om deze gegevens te integreren en de zool op een lokale, zone-specifieke manier aan te passen. Dit omvat het variëren van wanddikte, ribrichting, infill-patroon en -dichtheid om de gewenste mechanische respons te verkrijgen.
#### 4.3.2 Het creëren van overgangszones en aangepaste respons
Om een vloeiende drukverdeling te realiseren, worden overgangszones gecreëerd tussen gebieden met verschillende drukwaarden of mechanische eisen. De output van dit proces is een zool die biomechanisch reageert op belasting, waarbij de geometrische ontwerpkeuzes de mechanische eigenschappen van de zool bepalen.
### 4.4 Rol van materialen en technologie
De keuze van materialen en printtechnieken heeft directe gevolgen voor de eigenschappen en functionaliteit van de zolen.
#### 4.4.1 Varianten van TPU en hun toepassing
Thermoplastisch polyurethaan (TPU) is een veelzijdig materiaal voor zolen. Varianten zoals Varioshore TPU, TPU Foam en TPU Flex Air bieden specifieke eigenschappen door middel van microcelstructuren, ingesloten lucht of geëxpandeerd filament. Deze materialen bieden oplossingen voor demping, gewichtsreductie en flexibiliteit. TPU Ultrasint, gebruikt in SLS- en MJF-technieken, resulteert in een homogene, compacte en zeer consistente microstructuur met hoge sterkte en voorspelbare elasticiteit.
#### 4.4.2 Infill-functies in klinische context
De infill-instellingen zijn cruciaal voor het klinische gedrag van de zool. Ze bepalen het compressiegedrag, de schuifweerstand (shear-controle), het veerkarakter (energieopslag) en de stabiliteit (torsiecontrole). Door combinaties van structuren en dichtheden binnen één zool toe te passen, kan een gepersonaliseerde biomechanica worden gerealiseerd, afgestemd op specifieke patiëntprofielen en aandoeningen.
> **Tip:** Een diabeteszool vereist maximale drukspreiding en minimale shear, wat kan worden bereikt met een lagere infill-dichtheid en een zachte gyroid. Een sportzool daarentegen vereist terugvering, waarvoor een dichtere lattice of specifieke infill-structuren meer geschikt zijn.
### 4.5 Afwerking en covers
De coverlaag is essentieel voor zowel comfort als biomechanische functionaliteit.
#### 4.5.1 Functie en materialen van de coverlaag
De coverlaag beschermt de zool tegen slijtage en vocht, verbetert het comfort en de temperatuurregulatie, en vermindert schuifkrachten tussen de huid en de zool. Materialen zoals EVA, PPT/Diafoam, Poron en Teflon-laminaat worden gebruikt, elk met specifieke eigenschappen op het gebied van demping, shear-reductie of wrijvingscoëfficiënt.
#### 4.5.2 Shearreductie en wrijvingscontrole
De coverlaag speelt een sleutelrol in het beheersen van schuifkrachten (shear), die ontstaan door voetrotatie of beweging in schoeisel. Een lagere wrijvingscoëfficiënt vermindert huidstress, maar kan ook stabiliteit verminderen. Een balans is nodig tussen voldoende grip en de mogelijkheid tot schuiven, afhankelijk van de klinische toepassing.
#### 4.5.3 Adhesie en duurzaamheid
De hechting tussen de cover en de geprinte zool kan uitdagend zijn vanwege materiaalverschillen. Primers of thermische bonding worden gebruikt om de duurzaamheid te verbeteren. Covers slijten doorgaans sneller dan de zolen zelf en zijn daarom ontworpen om relatief eenvoudig vervangbaar te zijn.
Dit omvat de belangrijkste aspecten van het omzetten van drukdata naar gepersonaliseerde printparameters, zoals beschreven in de verstrekte documentatie.
---
# Regelgeving, duurzaamheid en toekomstige innovaties
Dit deel van de studiehandleiding behandelt de wettelijke kaders, milieuoverwegingen en toekomstige ontwikkelingen in de productie van 3D-geprinte orthesen.
### 5.1 Wettelijke kaders en gegevensbescherming
De productie van medische hulpmiddelen, waaronder podologische zolen, valt onder strikte regelgeving om de patiëntveiligheid te waarborgen.
#### 5.1.1 De MDR (Medische Hulpmiddelenverordening)
De MDR (EU 2017/745) stelt eisen aan medische hulpmiddelen. Podologische zolen worden geclassificeerd als maatwerk-hulpmiddel van klasse I. Dit brengt specifieke verplichtingen met zich mee voor de podoloog.
* **Verantwoordelijkheid:** De podoloog is de eindverantwoordelijke voor de klinische toepassing van het hulpmiddel. Zelfs wanneer het printen wordt uitbesteed, blijft de podoloog verantwoordelijk voor de patiëntspecifieke documentatie. De podoloog fungeert in feite als de fabrikant van een maatwerkproduct.
* **Vereiste documenten:**
* Patiëntfiche met klinische gegevens.
* Gedetailleerde ontwerp- en materiaalbeschrijving.
* Traceerbaar uniek identificatienummer voor elk paar zolen.
* Risicoanalyse en conformiteitsverklaring.
* Een bewaartermijn van minimaal 10 jaar na aflevering van het hulpmiddel.
* **Traceerbaarheid:** Elk paar zolen moet te herleiden zijn tot een specifieke patiënt en het bijbehorende ontwerpbestand.
#### 5.1.2 De GDPR (Algemene Verordening Gegevensbescherming)
Plantaire drukmetingen, 3D-scans en andere verzamelde voorgegevens worden beschouwd als biometrische persoonsgegevens en vallen onder de GDPR.
* **Opslag en toestemming:** Gegevens mogen uitsluitend worden opgeslagen met expliciete, geïnformeerde toestemming van de patiënt.
* **Beveiliging:** Er is behoefte aan versleuteling of beveiligde cloudopslag. Bestanden mogen alleen worden gedeeld met erkende leveranciers.
* **Privacy:** Het vermelden van namen op de zolen is toegestaan, mits de privacy van de patiënt wordt gewaarborgd.
#### 5.1.3 Rol van leverancier en podoloog
Er is sprake van een gedeelde verantwoordelijkheid tussen de leverancier (hardware/software producent) en de podoloog (klinisch verantwoordelijke en eindfabrikant).
* **Leverancier:** Garandeert technische veiligheid, voorziet in CE- en materiaaldocumentatie.
* **Podoloog:** Voegt de patiëntspecifieke analyse toe, bepaalt de medische geschiktheid en is klinisch verantwoordelijk.
### 5.2 Duurzaamheid en milieu-impact
Bij de productie van 3D-geprinte orthesen spelen duurzaamheid en de milieu-impact van materialen een steeds belangrijkere rol.
#### 5.2.1 Materiaalgedrag en milieu-impact
* **EVA (Ethyleenvinylacetaat):** Hoewel populair vanwege comfort, is EVA energie-intensief in productie en moeilijk te recyclen door chemische vernetting. De milieu-impact wordt als significant beschouwd.
* **TPU (Thermoplastisch Polyurethaan):** Heeft een matige milieu-impact. Poeder- of filamentresten kunnen deels worden hergebruikt, en industriële herverwerking is mogelijk. Het waterverbruik bij de productie is minimaal.
* **PA11 (Biogebaseerd nylon):** Afkomstig uit ricinusolie (hernieuwbare bron) en heeft een lage milieu-impact. Het is licht, slijtvast en chemisch stabiel, wat het een duurzaam alternatief maakt.
* **BioTPU's:** De opkomst van TPU's gemaakt uit plantaardige bronnen biedt verdere duurzaamheidsvoordelen.
#### 5.2.2 Productieprocessen en milieu
* **TPU-productie:** Vereist hoge temperaturen en weinig water, met lage emissies van vluchtige stoffen. Het is niet biologisch afbreekbaar, maar wel recyclebaar.
* **Schuimvorming:** Bij TPU-foam ontstaat schuim tijdens extrusie of printen (actieve foaming) met behulp van blowing agents. Bij EVA-foam gebeurt dit vooraf in een mal of oven (chemische expansie). TPU-foam met open of semi-open cellen is ademender dan EVA-foam met gesloten cellen.
### 5.3 Toekomstige innovaties
De toekomst van 3D-geprinte orthesen ligt in de integratie van nieuwe materialen, geavanceerde sensortechnologie en kunstmatige intelligentie.
#### 5.3.1 Slimme materialen en sensortechnologie
* **Nieuwe filamenten en schuimen:** Ontwikkelingen omvatten bio-gebaseerde en recyclebare filamenten, hybride materialen, expanderende schuimen met gecontroleerde celstructuur, en nanogevulde polymeren voor verbeterde sterkte en slijtvastheid.
* **Geïntegreerde sensoren:** Toekomstige zolen zullen waarschijnlijk geïntegreerde druksensoren bevatten. Piëzoresistieve TPU's kunnen belasting meten zonder aparte sensoren, en data kunnen worden gelogd en teruggekoppeld via smartphone-apps.
* **Adaptieve zolen:** Zolen die reageren op belasting met vormverandering openen mogelijkheden voor revalidatie, sportanalyse en diabeteszorg. Dit zijn de 'smart orthoses' die niet alleen ondersteunen, maar ook meten en leren.
#### 5.3.2 Kunstmatige intelligentie in ontwerp
* **AI-algoritmes:** Kunstmatige intelligentie kan worden ingezet om automatisch optimale zoolontwerpen te genereren, gebruikmakend van machine learning op basis van druk- en gangdata.
* **Zelflerende systemen:** Systemen die leren van patiëntgegevens kunnen de precisie van correcties per individu verbeteren. AI kan patronen ontdekken die menselijk inzicht overstijgen.
* **Rol van de podoloog:** De podoloog blijft de eindverantwoordelijke interpreet van de AI-gegenereerde ontwerpen, waarbij de rol verschuift naar kwaliteitsbewaking, correctie en klinische validatie.
> **Tip:** De integratie van AI in het ontwerpproces transformeert de podologie van een ambacht naar een data-gedreven discipline, waarbij de podoloog een cruciale rol behoudt in de klinische interpretatie en validatie.
> **Voorbeeld:** Een AI-algoritme analyseert drukdata van honderden patiënten met soortgelijke klachten en genereert een zoolontwerp dat gebaseerd is op de meest succesvolle patronen en structuren, welke vervolgens door de podoloog klinisch wordt beoordeeld en aangepast.
---
## Veelgemaakte fouten om te vermijden
- Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens
- Let op formules en belangrijke definities
- Oefen met de voorbeelden in elke sectie
- Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen
Glossary
| Term | Definition |
|------|------------|
| Additive Manufacturing | Een productietechniek waarbij objecten laag voor laag worden opgebouwd vanuit digitale ontwerpen, in tegenstelling tot subtractieve methoden die materiaal verwijderen. Dit omvat technieken zoals 3D-printen. |
| FDM (Fused Deposition Modeling) | Een 3D-printtechniek waarbij gesmolten filament laag voor laag wordt neergelegd om een object te vormen. Het is een toegankelijke en betaalbare methode, compatibel met flexibele materialen zoals TPU. |
| SLS (Selective Laser Sintering) | Een 3D-printtechniek die een laser gebruikt om poederdeeltjes (meestal PA11 of PA12) aan elkaar te smelten tot een solide structuur. Deze methode biedt hoge precisie en vereist geen ondersteuningsmateriaal. |
| MJF (Multi Jet Fusion) | Een 3D-printtechniek ontwikkeld door HP, die warmte-activatie via inkjet-binding en poederfusie gebruikt. Het staat bekend om zijn reproduceerbaarheid en efficiëntie bij serieproductie, met name met TPU-materialen. |
| TPU (Thermoplastisch Polyurethaan) | Een veelzijdig polymeer dat elastisch, slijtvast en veerkrachtig is, en beschikbaar is in diverse Shore A-hardheden. Het is een veelgebruikt materiaal voor 3D-geprinte zolen vanwege zijn goede energieabsorptie en flexibiliteit. |
| Shore-hardheid | Een meeteenheid die de weerstand van een materiaal tegen permanente indrukking aangeeft. Een hogere Shore-waarde duidt op een harder materiaal. Dit is een belangrijke parameter voor het bepalen van het comfort en de ondersteuning van zolen. |
| Elasticiteitsmodulus | Een materiaaleigenschap die de stijfheid van een materiaal beschrijft; de verhouding tussen spanning en rek bij elastische vervorming. Een hoge elasticiteitsmodulus betekent dat het materiaal erg stijf is en moeilijk te vervormen. |
| Energiedissipatie | Het vermogen van een materiaal om kinetische energie om te zetten in andere vormen van energie, zoals warmte, tijdens impact of belasting. Dit is cruciaal voor de dempende eigenschappen van zolen. |
| Anisotropie | Het verschijnsel waarbij de mechanische eigenschappen van een materiaal verschillen afhankelijk van de richting. Bij 3D-geprinte objecten kan de sterkte variëren tussen de richting langs en dwars op de printlijnen. |
| Infill-percentage | Het percentage van het volume binnen de buitenlagen van een 3D-geprint object dat gevuld is met materiaal. Een hoger infill-percentage resulteert in een stijver en zwaarder object, terwijl een lager percentage meer demping en flexibiliteit biedt. |
| Infill-patroon | De geometrische structuur van de interne vulling van een 3D-geprint object, zoals gyroid, grid of triangle. Verschillende patronen beïnvloeden de sterkte, veerkracht, gewicht en stabiliteit van de zool. |
| Gyroid | Een specifiek infill-patroon dat een continue 3D-golfstructuur vormt. Het wordt geprezen om zijn soepele en isotrope demping, veerkracht, vormvastheid en efficiënt gebruik van materiaal, wat het zeer geschikt maakt voor zolen. |
| MDR (Medische hulpmiddelenverordening) | Een EU-verordening (2017/745) die de eisen stelt aan medische hulpmiddelen, waaronder podologische zolen. Het vereist traceerbaarheid, patiëntspecifieke documentatie en CE-markering, waarbij de podoloog als eindverantwoordelijke fabrikant fungeert. |
| GDPR (General Data Protection Regulation) | Een EU-verordening inzake gegevensbescherming die de verwerking van persoonsgegevens regelt. 3D-scans en plantaire drukmetingen worden beschouwd als biometrische persoonsgegevens en vallen onder de bescherming van de GDPR. |