Wie wird der 3D-Druck im Fußball eingesetzt?
Der 3D-Druck begeistert inzwischen viele Menschen in jeglichen Lebenslagen – seien es private Anwendungen für Hobbybastler oder professionelle Fertigungstechniken in Bau, Automobilbranche, Luft-und Raumfahrt, Medizin und vielem mehr. Ein vielfältiges Einsatzgebiet, das sowohl den privaten als auch den professionellen Raum umfasst, ist jedoch die Nutzung des 3D-Drucks im Sport. Wir berichteten bereits über innovative Fahrradrucksäcke, komplexe Formel-1-Technologien oder sogar 3D-gedruckte Sportschuhe von Nike und Adidas. Doch heute wollen wir einen genaueren Blick auf die wohl beliebteste Sportart im deutschsprachigen Raum werfen – Fußball. Genauer gesagt, die Anwendungen der additiven Fertigung für Sportartikel im Fußball.
Stadien, Merchandising und mehr
Bevor wir jedoch zu naheliegenden Anwendungen wie Kleidungsstücken und Gesichtsmasken kommen, wollen wir ein paar Beispiele aus der weiteren Welt des Fußballs hervorheben. Wussten Sie z.B., dass die Stadien für die kontroverse WM in Qatar mittels 3D-gedruckten Modellen getestet wurden? Qatars Wüstenumgebung stellte auch für die Ingenieure und Architekten eine große Herausforderung dar – Wüstenwinde und Hitzewellen sind beide an der Tagesordnung und beinträchtigen sowohl Zuschauer als auch Profisportler. Wie die FIFA berichtet, wurde in Qatar extra hierfür ein Windtunnel gebaut, in dem Modelle im Maßstab 1:300 auf ihre Aerodynamik getestet wurden. Professor an der Qatar Universität, Dr. Saud Abdul Aziz Abdu Ghani, beschrieb die Tests wie folgt: „Wir können die Temperatur pro Ebene anzeigen, Variablen wie Schweißproduktion und Zuschauerzahl hinzufügen, dann die Simulation durchführen und die Auswirkungen auf die Temperatur im Stadion beobachten.“
Stadien der WM in Qatar 2022 (Bild: Qatar’s Supreme Committee for Delivery & Legacy)
Abseits von hochkomplexen Technologietests ist der 3D-Druck im Fußball vor allem bei Hobbybastlern beliebt – die Fertigungstechnologie erlaubt die kostengünstige Herstellung von Merchandise. Wollen Sie einem Freund eine detaillierte Figur seines Lieblingsspielers schenken? Kein Problem, auf Community-basierten Plattformen wie Cults oder Thingiverse finden sich zahlreiche Modelle, die Sie einfach drucken können.
(Bild: Evgeniy Borisenko )
3D-gedruckte Fußballausrüstung, von Fuß bis Kopf
Was ist Ihnen sofort in den Sinn gekommen, als Sie an 3D-Druck im Fußball gedacht haben? Für uns waren es die Ausrüstungsgegenstände, die den Sport überhaupt erst ausmachen. Unser Hauptaugenmerk werfen wir heute deswegen auf die Art und Weise, wie die additive Fertigung in der Herstellung von Fußballausrüstung genutzt wird. Im Folgenden finden Sie eine Zusammenstellung von Firmen und Produkten, die zum jetzigen Zeitpunkt 3D-gedruckte Produkte für Profi- und Hobbyfußballer anfertigen – angefangen von Fußballschuhen und Stollenschützern, bis hin zu Torwarthandschuhen und Schutzmasken.
Fußballschuhe
Der 3D-Druck von Fußballschuhen ist hochkomplex und scheitert oft an der einzigartigen Struktur der Schuhe und deren Zusammensetzung aus stabilem Stoff und der Stollensohle, die auf weichem Untergrund einen besseren Halt bieten soll. Auch gibt es strikte Vorrichtungen im professionellen Fußball, bezüglich Stollenlänge und sogar der Materialien der Sohle, sobald ein Schiedsrichter sie als gefährlich erachtet. Ein großer Vorteil von 3D-gedruckten Schuhen ist jedoch der hohe Grad an Personalisierung – ein Hauptverkaufsargument des deutschen Unternehmens IMOTANA. Das junge Startup fertigt maßgeschneiderte Fußballschuhe an, bei denen ein Scan der Füße einen passgenauen Fußballschuh verspricht. Laut Hersteller sind Höchstleistungen in einer sportlichen Disziplin nur dann möglich, wenn „[man] ein Equipment benutzt, das genau auf die individuelle Form [des] Körpers zugeschnitten ist.“
Die Geschäftsidee stammt von CEO und Co-Founder Benjamin Dorsch, der viele Jahre lang als Development Manager eines Footwear-Herstellers arbeitete. Dort entwickelte er High-End Fußballschuhe für etablierte Marken, u.a. für die Schuhe, die die deutsche Nationalmannschaft während ihres Weltmeistersieges im Jahr 2024 trug – doch hier strebte er stets nach Innovationen, die er erst mit der Gründung von IMOTANA wirklich umsetzen konnte. Ihren Anfang nahm die Geschäftsidee der 3D-gedruckten Fußballschuhe aber tatsächlich auf Kickstarter. In Zusammenarbeit mit rund 1.200 Unterstützern entwickelte das Team rund um Benjamin Dorsch, Matthias Leibitz, Manuel Meier und Matthias Lang über zwei Jahre die Schuhe weiter.
Ein frühes 3D-Modell der Schuhe (Bild: IMOTANA)
Diese weisen ähnliche Vorteile auf, wie andere 3D-Druckprodukte: ein bedeutend verringertes Gewicht, zahlreiche Designmöglichkeiten, sowie einem maßgeschneiderten Fit dank 3D-Scans. Die Sohlen lassen sich je nach Untergrund anpassen und versprechen mit ihren Schraubstollen aus Metall „null Energieverlust und Super Performance“. Die ansprechenden Designs durchliefen verschiedene Iterationen, die auf Communityfeedback basierten.
Das Projekt richtet sich vor allem an Amateurspieler, denen es IMOTANA ermöglichen will, passgenaue Sonderanfertigungen zu einem geringen Preis zu erwerben. Dies sei mit herkömmlichen Fertigungsmethoden außerhalb des Profisports oft nicht umsetzbar. Der 3D-Druck erlaubt es dem Team, zu einem weitaus niedrigeren Preis individuelle Schuhe anzubieten – ein echter Vorteil für Kunden mit breiten Füßen oder anderweitigen Fußproblemen. Für Hobbyfußballer und Amateure also eine interessante Alternative zu vergleichbaren Schuhherstellern. Für Schuhe im Profisport scheint der 3D-Druck laut unserer Recherche jedoch noch nicht ausgereift genug zu sein.
(Bild: IMOTANA)
Stollenschützer
Professionelle Fußballschuhe sollten – egal ob 3D-gedruckt oder nicht – gründlich gepflegt werden. Besonders der Schutz von Stollen sollte von jedem Spieler ernst genommen werden. Auch hier finden sich 3D-gedruckte Lösungen, allen voran die Stollenschützer von Hypsole.
Das Team hinter Hypsole werkelte viele Jahre an einem optimalen Design für eine Schutzstruktur, die viele verschiedene Stollen und Schuhstile perfekt ummanteln kann. Die Idee fand ihren Anfang als Jes Christian – nun CEO von Hypsole, damals noch Athlet – sich überlegte, was sie tragen würde, um Stollenschuhe am besten zu schützen. Wichtig hier war nicht nur der perfekte Mix aus Funktion und Ästhetik, sondern Fragen zu Material und Herstellung. „Wir gingen hunderte Designmodifikationen und Prototypen durch, zusätzlich zu verschiedenen Materialien und Produktionsprozessen für verschiedene Teile, bevor wir unsere jetzige Version [der Schützer] festlegten.“
(Bild: Hypsole)
Ursprünglich waren herkömmliche Fertigungsmethoden mit Gussformen für die Stollenschützer angedacht – dies änderte sich jedoch, als das Design sich als zu komplex für den Gießprozess zeigte. Doch statt die Idee zu verwerfen, stieß Christian stattdessen auf Carbon’s Digital Light Synthesis Technologie. „Als ich Carbon und seiner Technologie begegnete, war das das erste Mal, dass ich von einer Firma hörte, die erfolgreich 3D-gedruckte Produkte mit Materialien in Sport-Performance Qualität massenfertigte.“ Ohne die physikalischen Limitationen der Gussformen, konnten die Stollenschützer nun dank DLS hergestellt werden.
Der Einstieg in die 3D-Druckbranche verlief jedoch nicht ganz reibungslos – trotz der wegfallenden Gussform-Kosten musste das Team nun höhere Stückkosten in Kauf nehmen. Statt physischen Limitationen an Strukturen mussten nun die optimalen Stützstrukturen gefunden werden, um das Produkt effizient zu fertigen. Christian betont: „Wir haben diese Herausforderungen gemeistert, indem wir uns an die Gegebenheiten angepasst und Designänderungen vorgenommen haben, um Kosten zu senken, Qualität zu erhalten und die Druckbarkeit zu verbessern.“ Dazu kommt, dass die Hypsole Stollenschützer ein noch nie zuvor umgesetztes Produkt darstellen, was dem Team einiges an Designfreiheit gab, aber mit intensiven Produkttests einherging. Auch hier fanden die Entwickler der Schützer Vorteile durch die Nutzung von 3D-Drucktechnologien. „Der 3D-Druckprozess war und wird weiterhin ein wichtiger Aspekt unseres Testprozesses und unserer Iterationsperioden sein, in einer Weise, die Gussformen einfach nicht erlauben.“
Abseits von Fußball können die Schützer ebenfalls für Lacrosse, Baseball, Softball und Rugby genutzt werden (Bild: Hypsole)
Sowohl ästhetisch als auch funktionell stellen die Stollenschützer ein Produkt dar, welches mit einer hohen Berücksichtigung und Achtung gegenüber Athleten designt wurde. Laut Hersteller sind die Stollen nicht nur im Fußball, sondern für eine Vielzahl an Sportarten einsetzbar. Das Ziel: es Athleten so einfach wie möglich zu machen, von einem Ort zum nächsten zu kommen, ihre wohl wichtigste Ausrüstung zu pflegen und dabei Zeit zu sparen.
Torwarthandschuhe
Jeder Torhüter weiß, wie essentiell die richtigen Handschuhe sind, um einerseits gut zu spielen und andererseits Verletzungen zu vermeiden. Eines der wichtigsten Bestandteile eines solchen Torwarthandschuhs ist die sogenannte Schlagzone, welche dem Torhüter Stabilität und Flexibilität verleiht. Traditionell wurden Schlagzonen mit TPU oder Latex hergestellt, doch dieses Jahr veröffentlichte der Handschuhspezialist Reusch den Attrakt Fusion Carbon 3D – ein Torwarthandschuh, dessen Schlagzone komplett aus komplexen 3D-Druckstrukturen besteht.
Der Attrakt Fusion Carbon 3D ist das erste Projekt des fast 90 Jahre alten Unternehmens, welches 3D-Druckelemente integriert. Immer offen für neue Designs und eine verbesserte Performance, arbeitete das Reusch Team mit Carbon zusammen, um ein einzigartiges Paar Torwarthandschuhe zu entwickeln. „Der 3D-Druck gab uns die einzigartige Möglichkeit, eine Schlagzone mit einem präzisen Energy-Return, einer verbesserten Stoßdämpfung und reduziertem Gewicht zu schaffen“, sagte der Goalkeeping Production Manager von Reusch uns gegenüber.
(Bild: Reusch/Carbon)
Die Carbon DLS Technologie erlaubte es dem Team, flexible, leistungsstarke und komplexe Strukturen mit glatten Oberflächen zu erstellen, die mit herkömmlichen Materialien und Techniken so nicht möglich gewesen wären. Die Integration der 3D-gedruckten Strukturen in die weichen Stoffteile des Handschuhs gestaltete sich jedoch als schwierig. Wie Reusch verlautet: „Wir mussten die Verbindungsmethoden neu definieren, das Verhalten des Designelements auf flexiblen Textilien überdenken und klare Leistungsvorteile kommunizieren.“ Die enge Zusammenarbeit mit Carbon und anderen Fertigungspartnern ermöglichte jedoch schlussendlich die ideale Material und Strukturen Kombi. Weiche und flexible Eigenschaften des Materials blieben erhalten und sicherten dem Team sogar mehr Designfreiheit als bisher gedacht.
Zudem mussten die Torwarthandschuhe die geltenden Standards in Sicherheit und Materialkonformität erfüllen – diese sind für Handschuhe zwar nicht sonderlich streng, müssen aber die hohen Erwartungen von Profisportlern und Entwicklern treffen. Aus diesem Grund stand das Team vor einer hohen Messlatte was Flexibilität, Langlebigkeit und Komfort des neuen Handschuhs betraf. Die einzigartige Zusammensetzung des Handschuhs und die komplexen Strukturen der Schlagzone sprechen hier für sich – der Attrakt Fusion Carbon 3D zeigt das Potential des 3D-Drucks für die Herstellung von Fußballausrüstung.
Die 3D-gedruckte Struktur der Schlagzone (Bild:Reusch/Carbon)
Gesichtsmasken
Als der Kapitän der südkoreanischen Nationalmannschaft, Son Heung-min, während der Weltmeisterschaft in Qatar auftrat, trug er überraschenderweise eine Maske. Doch was steckte dahinter? Heung-min litt während der Weltmeisterschaft an den Folgen einer Gesichtsverletzung – die Karbonmaske war als Schutz seines noch empfindlichen Auges gedacht. Er war hier auch nicht der einzige, der Kroate Josko Gvardiol zeigte sich ebenfalls mit einer Maske im Spiel gegen Japan. Ein ähnlicher Fall inspirierte den italienischen Fußballfan und Forschungsstipendiat der Università Politecnica delle Marche in Italien, Simone Gallozzi, seine Abschlussarbeit über das Potential der additiven Fertigung in der Welt des Sports zu schreiben. Genauer gesagt über Schutzmasken im Fußball.
Simone Gallozis Schutzmaske (links, Bild: Simone Gallozi); Son Heung-min bei der Qatar WM 2022 (rechts, Bild: Maddy Meyer – FIFA)
Die Idee kam ihm, als Napoli-Profi Osimhen anfing, Schutzmasken aufgrund einer Kollision mit einem anderen Spieler im Jahr 2021 und einer darauffolgenden Gesichtsoperation zu tragen. Als begeisterter Fußballfan und 3D-Druck Enthusiast untersuchte Gallozzi Methoden, um die Masken maßgeschneidert mittels 3D-Drucktechnologien herzustellen. Die oben genannten Gesichtsmasken wurden wohl auf Basis eines dreidimensionalen Models der Athleten gefertigt, auf dem Karbonfasern Schicht um Schicht aufgetragen werden. Gallozzi argumentierte jedoch, dass der 3D-Druck auf Basis eines 3D-Scans diesen Vorgang um ein Vielfaches verkürzen kann. Aufgrund der Eliminierung eines Zwischenarbeitsschritts kann hier sogar Abfall verringert werden. Wie Gallozzi feststellt: „Mit dem 3D-Druck könnte der Prozess erheblich beschleunigt werden, indem einfach das Gesicht des Sportlers gescannt und die Maske direkt hergestellt wird, ohne dass ein physisches Modell erstellt werden muss.“
In Heung-mins Fall war lange nicht klar, ob der Athlet überhaupt für die WM in Qatar spielen könnte – auch Osimhen war durch seine Kopfverletzung lange außer Gefecht gesetzt. Die Schutzmasken machen ihrem Namen hier alle Ehre, denn sie „ermöglicht es Sportlern, nach einer Verletzung schneller wieder ins Spiel zurückzukehren – viel früher, als dies ohne diese Art von Schutzausrüstung möglich wäre. Tatsächlich schützt die Maske den verletzten Bereich vor weiteren Stößen und beugt neuen Verletzungen vor“, wie Gallozzi betont. In seiner Arbeit designte er eine Schutzmaske und druckte diese aus PA603CF, einem Verbundmaterial aus Karbon. Wenn Sie an mehr Informationen zu der Schutzmaske interessiert sind, finden Sie Gallozzis Arbeit HIER.
Der erste Prototyp der Maske (links) und das 3D-Modell basierend auf einem Gesichtsscan (rechts). (Bild: Simone Gallozzi)
Hat der 3D-Druck in dieser Branche eine Zukunft?
Nach all diesen Beispielen zur Nutzung des 3D-Drucks für Fußballausrüstung bleibt uns trotzdem noch eine entscheidende Frage: Wird der 3D-Druck hier in Zukunft weiter eingesetzt werden? Auch hier gaben die Experten meist positive Rückmeldungen. So hebt Christian hervor, dass der 3D-Druck im generellen Sportbereich besonders für die Anpassung von Ausrüstung an die Athleten geeignet ist. „Der menschliche Körper ist einzigartig, und Spitzensportler müssen ihren Körper auf Elite-Niveau kennen und verstehen lernen. Mit diesem Verständnis geht auch das Wissen einher, dass beispielsweise der linke Fuß möglicherweise eine etwas breitere Zehenkappe benötigt als der rechte“, sagte sie auf die Frage, welcher Impakt vom 3D-Druck in ihrem Bereich erwartet werden kann. Auch Reusch teilte uns mit, dass der 3D-Druck enormes Potential in der „Anpassung von Leistung, Passform und Schutz“ aufweise.
Interessanterweise weist Gallozzi darauf hin, dass professionelle Sportteams, besonders im Fußball, von der Nutzung des 3D-Drucks profitieren könnten. Er argumentiert, dass Budget für Profiteams oft kein Problem darstellen würde, sodass sie „die Vorteile dieser Technologie, wie beispielsweise eine extreme Produktanpassung, voll ausschöpfen können.“ Denn: der 3D-Druck ist teuer. Wie Reusch uns darlegte, war die Kollaboration an dem Attrakt Fusion Carbon 3D teurer als die traditionellen Latex- oder TPU-Handschuhe der Firma. Auch Gallozzi betont die Kosten, die hinter 3D-Druck Produktionen stecken.
Besonders professionelle Sportler könnten von der Adaptierbarkeit der Technologie profitieren (Bild: Brad Smith)
Fest steht: zum jetzigen Zeitpunkt eignet sich die additive Fertigung noch nicht für die Massenproduktion. Doch was die Hersteller an Preisvorteilen verlieren, gewinnen sie in Anpassungsmöglichkeiten und Modifikationspotential – wie man an den spezifischen Produktbeispielen sehen kann. Zudem betonen unsere Interviewpartner, dass der 3D-Druck im Bereich der Sportausrüstung noch in den Startlöchern steht. Gallozzi zeigt auf, dass besonders Pulverdrucktechnologien zukunftsweisend sein könnten. „Mit der Entwicklung fortschrittlicher Pulverwerkstoffe – beispielsweise solchen, die Kohlefaser enthalten oder Festigkeit, Leichtigkeit und Flexibilität vereinen – wird der 3D-Druck meiner Meinung nach in Zukunft eine immer wichtigere Rolle bei der Herstellung von Sportausrüstung spielen.“
Auch Christian hebt das Potential des 3D-Drucks für die Zukunft aller Athleten hervor: „Ich denke, es wird einfach immer schneller, besser und günstiger werden, bis eines Tages in nicht allzu ferner Zukunft diese Art von Anpassungen für Spieler aller Spielstärken verfügbar sein werden.“ Trotz Startschwierigkeiten oder noch strauchelnder Technologieprobleme könnte der 3D-Druck ebenfalls Eigenschaften von Produkten erhöhen und so zu noch leistungsstärkeren Ausrüstungsgegenständen führen, wie etwa den Stollenschützern, Schuhen, Masken und Handschuhen, die in diesem Artikel vorgestellt wurden. So versicherte uns Reusch, dass bis jetzt nur ein kleiner Teil der Möglichkeiten des 3D-Drucks im Bereich der Sportsausrüstung ausgeschöpft wurden. „Wir beginnen gerade erst zu erkennen, wie [der 3D-Druck] traditionelle Materialien im Torwartbereich ergänzen kann.“
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