CN109848414A - 一种3d打印定制化助听器的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种3D打印定制化助听器的制作方法，首先制作外壳，制作前，利用听力障碍者耳道内腔形状获得耳印模，将耳印模扫描入计算机进行图形处理，利用3D金属打印机打印与耳印模外形相同内有容纳腔的外壳，打印完成后进行后处理工作，后处理完成后组装助听器元件，组装完成后对助听器性能进行测试。本发明涉及的这种3D打印定制化助听器，外壳采用金属钛或钛合金制作而成，实现薄壁，节省空间，能够根据不同的设定参数实现结构复杂的外壳，复合人体工程学，使人佩戴舒适，方便助听器设备的安装。

Description

一种3D打印定制化助听器的制作方法

技术领域

本发明属于利用3D打印技术制作助听器的技术领域，具体涉及一种3D打印定制化助听器。

背景技术

助听器的实质是一种放大器，它将声音以某种方式放大，使听力障碍者能以一定方式有效地利用其残余听力。助听器主要由麦克风、放大器、接收器、电源和外壳组成。按照外壳制作方式的不同分为非定制化助听器和定制化助听器。非定制化助听器外壳形状单一，不能很好的适应不同的人耳形状，容易对耳道和耳甲腔形成局部压迫和间隙，所以佩戴起来有以下不足：佩戴不舒适、容易脱落、隔音效果差。而传统的定制化助听器外壳一般为手工制作，经过制作耳印模、耳印模涂蜡、取阴模、注入光敏树脂、固化成形、打磨抛光等一系列手工操作完成，不仅制作时间长、成本高，而且由于整个过程都由手工制作完成，虽然与人耳的贴合度比非定制化助听器的效果要好，但仍存在一定的误差。由于光敏树脂强度较低，所以制作的助听器外壳不能太薄，因此对于体积较小的深耳道式助听器，电子元件的安装也存在一定困难。另外由于光敏树脂的生物相容性一般，长期佩戴容易引起过敏反应。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种3D打印定制化助听器的制作方法，该制作方法获得的助听器具有佩戴舒适、不易脱落、隔音良好的优点，并具有生物相容性和高强度的特点。

为实现以上技术目的，本发明提供的技术方案如下：首先制作外壳，制作前，利用听力障碍者耳道内腔形状获得耳印模，将耳印模扫描入计算机进行图形处理，利用3D金属打印机打印与耳印模外形相同内有容纳腔的外壳，打印完成后进行后处理工作，后处理完成后组装助听器元件，组装完成后对助听器性能进行测试。

耳印模的获得方法及图形处理的步骤如下：

步骤1：放置耳障于耳道第二弯道后；

步骤2：用注射器往耳道里注入耳印模膏；

步骤3：待耳印模膏硬化并将其取出；

步骤4：用医用三维扫描仪对取出的耳印模进行多个角度的扫描，形成多个点云文件；

步骤5：用图形处理软件对多个点云文件进行注册，拼成一个完整的耳印模点云；

步骤6：用图形处理软件对完整的耳印模点云进行体外孤点、断开组件连接、减少噪音处理，并进行封装，转化为三角面片；

步骤7：用图形处理软件对转化为三角面片的耳印模进行曲面拟合，形成曲面，并转成实体模型；

步骤8：用三维建模软件对实体模型进行修形，用两个平面对实体模型进行切除；

步骤9：第一处切除位置为耳道第二道弯处，切除方向为耳道轴的法向，第二处切除位置需根据助听器型号而定；

步骤10：用三维建模软件对修形后的实体模型进行薄壁处理，根据需要设置薄壁厚度。

进一步地，外壳的两头设有外端面和内端面，外端面上设有封盖接口，内端面上设有出声孔，外壳上还设有穿过外端面和内端面的通气孔，薄壁处理后，用三维建模软件对耳印模的封盖接口、出声孔以及通气孔进行配置，对最后形成模型进行瑕疵修复并打印。

步骤8中所切除平面为通过屏间切迹尖点且与耳道第一道弯的轴线基本平行，在操作中，允许15°以内角度的变化。

进一步地，外壳的侧壁厚度设置为0.15mm—0.25mm。

后处理工作包括对打印出来的外壳表面进行抛光、喷砂和着色处理。

在步骤2中，耳障设置在耳道第二弯道后的1-2mm处，耳印模膏置顶在耳障处，与耳障和耳道形成的内腔贴合。

进一步地，外壳外端部封盖接口和内端部厚度均设置2mm-2.5mm。

3D金属打印机使用的金属材料为具有生物相容性的医用钛金属粉末或钛合金粉末，该金属材料通过选区激光熔化的智能制造方式制造完成。

在上述薄壁处理后，对实体模型进行优化和切片处理，将切片文件导入设置好参数的3D金属打印机中，由CAD模型各层切片的平面几何信息生成X-Y激光扫描器,在每层粉末上形成数控运动指令，3D金属打印机的铺粉器将粉末一层一层地铺在成型平台上，并将粉末滚平、压实，每层粉末厚度均与CAD模型的切片厚度一致，各层粉末被激光扫描器按设定的参数烧结在基板上，每烧结完成一层，基板下降一层，直至烧结出整个外壳。

本发明涉及的这种3D打印定制化助听器，采用钛金属或钛合金材料，利用3D打印技术定制而成，能够实现薄壁外壳，外壳内部可放置多个助听器设备，使人佩戴舒适，方便助听器设备的安装。由于其较强的贴合度，佩戴者能够感受到稳定的声音传递，音质更清晰。

附图说明

图1是本发明实施例1注射耳印模膏结构图；

图2是本发明实施例1助听器三维结构图；

图3是本发明实施例1助听器内部结构图；

图4是本发明实施例1封盖结构图；

图5是本发明实施例1电池仓连接封盖结构图；

图6是本发明实施例1电池仓结构图；

图7是本发明实施例1外壳通气孔结构图；

图中：1-外壳；2-封盖；3-声孔；4-音量控制键；5-电池仓；6-拉线；7-耳膜；8-耳障；9-第二弯道；10-耳印模膏；11-注射器；12-放大器；13-接收器；14-连接线；15-麦克风；16-转轴；17-台阶间缝；18-出声孔；19-通气孔；20-柱形凸起部；51-挂钩；52-条形凸起。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

助听器包括外壳、封盖和连接于外壳与封盖的元件，外壳与听力障碍者的耳道内腔贴合，首先制作外壳，对听力障碍者的医学影像数据进行三维重建，获得其耳道的三维数据，再用三维软件根据重建的三维数据进行设计和优化助听器外壳，设计出模型后使用3D金属打印机进行打印，打印完成后进行后处理工作，外壳处理完成后进行元件组装，最后进行助听器的性能测试。

如图1所示，外壳的制作步骤如下：

步骤1：放置耳障于耳道第二弯道后1-2mm；

步骤2：用注射器往耳道里注入耳印模膏；

步骤3：待耳印模膏硬化并将其取出；

步骤4：用医用三维扫描仪对取出的耳印模进行多个角度的扫描，形成多个点云文件；

步骤5：用图形处理软件对多个点云文件进行注册，拼成一个完整的耳印模点云；

步骤6：用图形处理软件对完整的耳印模点云进行体外孤点、断开组件连接、减少噪音处理，并进行封装，转化为三角面片；

步骤7：用图形处理软件对转化为三角面片的耳印模进行曲面拟合，形成曲面，并转成实体模型；

步骤8：用三维建模软件对实体模型进行修形，用两个平面对实体模型进行切除；

步骤9：第一处切除位置为耳道第二道弯处，切除方向为耳道轴的法向，第二处切除位置需根据助听器型号而定；

步骤10：用三维建模软件对修形后的实体模型进行薄壁处理，根据需要设置薄壁厚度。

用三维建模软件对模型的后盖接口、出声孔以及通气孔进行配置；对最后形成模型进行瑕疵修复并用钛合金材料打印出来。

步骤8中所切除平面为通过屏间切迹尖点且与耳道第一道弯的轴线基本平行。

外壳的材质为金属钛或为钛合金。

根据设定对打印出来的钛合金外壳表面进行抛光、喷砂、着色处理。

在步骤2中，外壳形状的获得通过模拟耳印模膏的形状制作而成，耳印模膏通过耳膜、耳障、第二弯道、耳印模膏获得，由注射器注入耳道内。

外壳的侧壁厚度0.15mm—0.25mm，外壳外端部和内端部壁厚均为2mm-2.5mm。

具体的，如图2和图3所示，助听器包括外壳1、封盖2、电池仓5、电池模块、放大器12、接收器13、麦克风15和控制模块，外壳的内部设有容纳助听器设备的容腔，外壳设有外端部和内端部，外端部连接封盖，封盖上设有声孔，内端部设有内端面，内端面设有出声孔18，电池仓连接于封盖2，电池模块连接于电池仓5内，出声孔18处设有接收器13，接收器13连接放大器，放大器12连接麦克风15，麦克风15设置在封盖上的声孔3处。首先运用3D打印技术制作外壳，外壳制作完成后，采用注塑方法制作封盖，封盖上设有转轴和台阶间缝，封盖通过卡扣连接外壳，电池仓上设有挂钩和条形凸起部，电池仓的挂钩连接转轴，电池仓的条形凸起部连接封盖上台阶间缝，电池模块连接控制模块，并设置于电池仓内，所述放大器通过电线连接控制模块，放大器的信号接收端采用电线连接接收器，将接收器固定于出声孔处，放大器的信号输出端连接麦克风，将麦克风固定于封盖上的声孔处，封盖上还设有音量控制键，将音量控制键连接所述控制模块。

如图1所示，本专利涉及的这种助听器为通过3D打印技术实现的定制化助听器，其外壳形状根据需求者内耳廓形状形成，该助听器外壳与内耳廓相贴合，适应内耳廓的形状结构。外壳形状的获得，通过模拟耳印模膏10的形状制作而成，图1中包括耳膜7、耳障8、第二弯道9、耳印模膏10和注射器11。

控制模块包括输入信号处理器、分流装置、信号处理装置、整合装置和合并输出装置，电池模块连接控制模块。

外端部设有连接助听器设备的由外边缘向内沿伸的封盖接口，封盖接口通过卡扣连接封盖2，封盖接口上设有向内端面沿伸并穿透内端面的通气孔19。

如图4所示，封盖2上还设有音量控制键4和拉线6。

封盖2上设有放置电池仓的连接孔，连接孔两侧设置相对值的连接耳，连接耳之间设有连接电池仓5的转轴16，方形孔内连接电池仓5。

如图5和图6所示，电池仓5的一端设有挂钩，挂钩挂在转轴16上，电池仓5上与挂钩51相对侧设有条形凸起52，封盖上与条形凸起52相对应连接处设有台阶间缝，条形凸起卡在台阶间缝17处。

如图7所示，外壳1内壁上设有柱形凸起部20，柱形凸起部20的柱形壁面与外壳内壁接合与一体。

电池仓5内设有容纳电池的圆筒形空腔，电池仓5的外壁上设有朝向外部的开关。

如图6所示，台阶间缝17由上下两个台阶构成，条形凸起52包括处于两个台阶之间的条形凸起和斜坡面，斜坡面与台阶间缝17上处于下方的台阶面叠合。

外壳1为钛金属或钛合金外壳，金属钛或钛合金材料能够形成较薄的外壳壁，较薄的外壳壁面能够获得较大的容腔，容腔内用于容纳助听器其它设备。

外壳1为钛金属材料通过SLM(选区激光熔化)的智能制造方式制造完成，材料为医用钛金属粉末，经过严格的测试和筛选，最后选取出符合人体需求的生物相容性材料，在经过取模和设计后，做出符合听力障碍者耳部结构的助听器模型，经过打印前的优化和切片等处理，将切片文件导入设置好参数的金属打印机中，由CAD模型各层切片的平面几何信息生成X-Y激光扫描器在每层粉末上的数控运动指令，铺粉器将粉末一层一层地铺在成型平台上，并且将粉末滚平、压实，每层粉末厚度均与CAD模型的切片厚度一致，各层粉末被激光扫描器选择性烧结在基板上，每烧结完成一层，基板下降一层，直至烧结出整个助听器外壳。经SLM制作的助听器外壳综合性功能强，减少制作时间及人力，提高了材料利用率，节约直接成本；生产过程更灵活；能很快地被打印出来，减少库存，盘活资金；不需要昂贵的生产设备。

封盖2为独特的槽口形设计，和助听器外壳完美的契合，既方便内部元件的安装，又与外壳紧密配合，有效的防止水分及其他杂质进入助听器内部，造成助听器的损坏。

电池仓5位于封盖上，底部为环形设计，通过特有工具进行取放电池，其独有的卡扣设计使其既能与封盖紧密配合，又显得小而隐秘。

助听器的音量控制键位于封盖2上，采用“一”字形设计，使用特有工具进行音量调节，顺时针方向旋转调大音量，逆时针方向旋转调小音量。

拉线6位于封盖2上，是一根细小的一端带有圆球的透明塑料线，以方便取出助听器。

通气孔19位于远离耳道端的边缘处，其大小最主要取决于啸叫与堵耳的平衡问题以及耳道的大小。

助听器的控制模块包括输入信号处理器、分流装置、信号处理装置、整合装置、合并输出装置，本助听器是全数字式助听器，其电路采用逻辑电路，能够快速处理复杂的声音信号。能够将自身的频谱范围分成多个频段来进行分别调节，以此补偿听力障碍者在不同频段中不同的听力损失。还可以区分出语音与噪声，实现强化语音、降低噪声的作用，最大限度地满足听力障碍者的实际需要。

本助听器元件和控制模块能够实现以下功能，传声器-麦克风，作用是将输入的声信号转变为电信号；输入信号处理器，负责将电信号转变为数字信号；分流装置-负责将数字信号分向多个信号处理通道；信号处理装置-具有独立、灵活、合理地处理信号的能力；整合装置-能够将不同的通道传来的信号合并为高、低频两部分进行运算；合并输出装置-功能为将之前运算完成的高、低频信号合并,以数字方式输出；受话器-负责将电信号还原为声信号。

总上所述，本发明涉及的这种3D打印定制化助听器外壳，根据听力障碍者的听力损失情况及其耳部生理结构定制化设计和制作。其外形可以根据听力障碍者的需求定制化设计和制作，其基本特征是小而隐秘。外壳为3D打印钛合金外壳，是依据听力障碍者的耳部生理特征定制化设计和制造，其形状完全贴合需求者的耳部结构，而且外壳较薄，内部可操作空间较大，便于内部元器件的安装，与传统助听器相比，其体积更小，佩戴起来更加隐蔽、舒适，而且不易脱落，其控制模块采用数字化模块，能自动适应环境，有效降低噪声，消除反馈声，提高声音的自然性、真实性和舒适性，提高言语的清晰度，提高佩戴者的语言分辨能力。通气孔的设置有助于改变助听器的频响，平衡耳内压力，保持耳道与外界的通风，减轻堵耳效应，减少低频增益。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：首先制作外壳，制作前，利用听力障碍者耳道内腔形状获得耳印模，将耳印模扫描入计算机进行图形处理，利用3D金属打印机打印与耳印模外形相同内有容纳腔的外壳，打印完成后进行后处理工作，后处理完成后组装助听器元件，组装完成后对助听器性能进行测试。

2.根据权利要求1所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：耳印模的获得方法及图形处理的步骤包括：

步骤1：放置耳障于耳道第二弯道后；

步骤2：用注射器往耳道里注入耳印模膏；

步骤3：待耳印模膏硬化并将其取出；

步骤4：用医用三维扫描仪对取出的耳印模进行多个角度的扫描，形成多个点云文件；

步骤5：用图形处理软件对多个点云文件进行注册，拼成一个完整的耳印模点云；

步骤6：用图形处理软件对完整的耳印模点云进行体外孤点、断开组件连接、减少噪音处理，并进行封装，转化为三角面片；

步骤7：用图形处理软件对转化为三角面片的耳印模进行曲面拟合，形成曲面，并转成实体模型；

步骤8：用三维建模软件对实体耳印模进行修形，用两个平面对实体模型进行切除；

步骤9：第一处切除位置为耳道第二道弯处，切除方向为耳道轴的法向，第二处切除位置需根据助听器型号而定；

步骤10：用三维建模软件对修形后的耳模进行薄壁处理，根据需要设置薄壁厚度。

3.根据权利要求2所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：所述外壳的两头设有外端面和内端面，外端面上设有封盖接口，内端面上设有出声孔，外壳上还设有穿过外端面和内端面的通气孔，薄壁处理后，用三维建模软件对耳印模的封盖接口、出声孔以及通气孔进行配置，对最后形成模型进行瑕疵修复并打印。

4.根据权利要求2所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：步骤8中所切除平面为通过屏间切迹尖点且与耳道第一道弯的轴线平行。

5.根据权利要求2所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：步骤10中，外壳的侧壁厚度设置为0.15mm—0.25mm。

6.根据权利要求1所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：所述后处理工作包括对打印出来的外壳表面进行抛光、喷砂和着色处理。

7.根据权利要求2所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：在步骤2中，耳障设置在耳道第二弯道后的1-2mm处，耳印模膏置顶在耳障处，与耳障和耳道形成的内腔贴合。

8.根据权利要求3所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：步骤10中，外壳外端部封盖接口和内端部厚度均设置为2mm-2.5mm。

9.根据权利要求1所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：所述3D金属打印机使用的金属材料为具有生物相容性的医用钛金属粉末或钛合金粉末，该金属材料通过选区激光熔化的智能制造方式制造完成。

10.根据权利要求2所述的3D打印定制化助听器的制作方法，其特征在于：薄壁处理后对实体模型进行优化和切片处理，将切片文件导入设置好参数的3D金属打印机中，由CAD模型各层切片的平面几何信息生成X-Y激光扫描器,在每层粉末上形成数控运动指令，3D金属打印机的铺粉器将粉末一层一层地铺在成型平台上，并将粉末滚平、压实，每层粉末厚度均与CAD模型的切片厚度一致，各层粉末被激光扫描器按设定的参数烧结在基板上，每烧结完成一层，基板下降一层，直至烧结出整个外壳。