CN116074727A - 一种3d打印助听器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种3D打印助听器的制造方法，涉及助听器制造领域。该3D打印助听器的制造方法，包括以下步骤：步骤一、将薄膜口袋套在注射器的注射嘴外部；步骤二、将耳印模材料注入耳道直至溢出；步骤三、凝固后利用激光扫描仪进行三维扫描并建模；步骤四、导入3D打印机中，产品打印完毕；步骤五、在其内部组装所需的电子元器件并封装，最终形成完整的助听器。通过在耳道与流体状态的耳印模材料之间设置一层高延展性高分子膜口袋，解决现有的耳印模材料直接贴合于患者的内耳道中，导致取模不适的问题，且通过提取环状结构中的环线空间坐标，从而快速修正、确定了粉末熔融烧结的路径，为3D打印成品的高精度打下了坚实的基础。
Description
技术领域
本发明涉及助听器制造技术领域，具体为一种3D打印助听器的制造方法。
背景技术
助听器的返工绝大多数与制造时耳印模的精确度低有关，从而导致3D打印时激光扫描耳印模测得的三维数据不精确，一旦出现未精确拷贝耳朵内部形状的情况，则会导致声音失真或者佩戴不舒适，对于听障者而言严重影响了正常生活使用。
目前，耳印模材料通常会在其成流体状态时，通过注射器直接注入患者的耳道中，此时耳印模材料会直接紧贴在患者耳道的皮肤上，待流体状态的耳印模材料凝固后取出，即可获得患者的耳道形状，进而通过激光扫描耳印模测得的三维数据即可建立3D打印时的参数，从而使得助听器外轮廓能够完全贴合耳道，提升使用品质，但是，上述可见耳印模材料直接贴合于患者的耳道中，但是耳道并非是干净整洁的，其内部通常伴有耳屎、绒毛等异物，若耳印模材料凝固时与上述异物粘连成一体，则一方面在取模时，对于绒毛的拉拽会导致患者出现不适，另一方面也导致凝固的耳印模材料未完全拟真耳道的形状，从而影响了激光扫描耳印模测得的三维数据的精度，最终提高了助听器的返工率。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种3D打印助听器的制造方法，解决了现有的耳印模材料直接贴合于患者的耳道中，一方面在取模时，对于绒毛的拉拽会导致患者出现不适，另一方面也导致凝固的耳印模材料未完全拟真耳道的形状，从而影响了激光扫描耳印模测得的三维数据的精度，最终提高了助听器的返工率的问题的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种3D打印助听器的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将流体状态的耳印模材料注入注射器中，将薄膜口袋套在注射器的注射嘴外部并密封；
步骤二、依次将薄膜口袋、注射器的注射嘴置于患者的耳道中，通过注射器将流体状态的耳印模材料注入耳道，直至溢出；
步骤三、待流体状态的耳印模材料凝固后，连同薄膜口袋一同取出，进而取出薄膜口袋内部的耳印模材料，并利用激光扫描仪对其表面进行三维扫描，进而利用三维建模软件基于上述三维数据，以耳道轴为竖直向坐标轴(Z轴)的方向进行建模，从而获得处于(X-Y-Z)三维垂直坐标系中的初始模型，且模型中的一端(属于耳廓部分的一端)贴近坐标原点，模型中的另一端沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧布置，进一步对模型外表进行修形，获取待打印的助听器外形最终模型；
步骤四、将步骤三中获取的最终模型的各表面点三维坐标参数导入3D打印机中，以进行打印准备工作；
3D打印机打印逻辑如下：
(4.1)以3D打印机一次铺粉的层厚参数为单位厚度(r)，对最终模型的高度(d)进行求商，获得铺粉层数(s)，且满足条件：s*r≥d；
(4.2)以相邻粉层之间的平面为剖面平面，将最终模型分割为(s)个环状结构，且易得环状结构的高度值等于单位厚度(r)，沿各环状结构1/2高度值处取一周从而获得各环状结构相应的环线，则易得各环线上各点的空间坐标，则3D打印机的粉末熔融烧结的初始路径即为：自下而上依次排布的各环线上各点的空间坐标，进一步易得烧结路径的作用宽度(l)即为助听器外壳的厚度，故修正后的粉末熔融烧结路径应为：各环线向中心收缩1/2*l距离后所得的新环线上各点的空间坐标点；
(4.3)自下而上依次沿铺粉一层完毕后，即以对应的新环线空间坐标点进行熔融烧结，而后再铺粉一层，再进行熔融烧结，交替进行直至产品打印完毕；
步骤五、通过3D打印机一次性同步打印出所需个数的助听器外壳，而后取出，打印完毕的外壳在选取出合格的产品后，依次在其内部组装所需的电子元器件并封装，最终形成完整的助听器。
进一步地，所述薄膜口袋为具有高延展性的薄膜气球状结构，其众多可选用的制备材料中的一种如下：美国橡树岭国家实验室设计合成的一系列的超高延展性，自我修复能力的高分子橡胶膜，该高分子橡胶膜由支化聚二甲基硅氧烷(PDMS)，线性PDMS和尿素在高温条件下由缩聚反应制备合成，该材料具有超高延展性(应变从984％到5600％)和较强的自修复能力，并且能在较宽的温度范围(tan>0.3)内使用。
进一步地，步骤三中修形包括以下方面：
(3.1)、对模型表面的部分坑洼进行填补直至坑洼口与周围形成平滑过度，部分坑洼的选择标准为：坑洼口直径≤0.7-0.9mm、深度≤0.4-0.5mm；
(3.2)、对模型进行两次平面切割且两切割平面均垂直于耳道轴(也即Z轴)，其一为一切割平面靠近坐标原点，切去初始模型中耳廓部分一端的模型内容；其二为另一切割平面沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧运动，切去初始模型中远离耳廓部分的一端，从而形成一类似锥台状的待打印助听器外形模型，且两切割平面之间的间距(也即最终模型的高度(d))根据患者耳道尺寸而定，以使得产品贴合耳道佩戴舒适。
进一步地，步骤五中取出后的多个助听器外壳需先依次进行打磨、抛光、着色工序。
与现有技术相比，本方案具备的显著优点有：
1、本发明通过在耳印模材料注射时在内耳道与流体状态的耳印模材料之间，设置一层高延展性高分子膜制备的薄膜口袋，从而解决了现有的耳印模材料直接贴合于患者的内耳道中，一方面在取模时，对于粘连的绒毛的拉拽会导致患者出现不适，另一方面也导致凝固的耳印模材料，因耳屎等异物未完全拟真内耳道的形状，从而影响了激光扫描耳印模测得的三维数据的精度，最终提高了助听器的返工率的问题。
2、本发明通过将模型分割为若干个环状结构，从而提取了能够代表各环状结构走向的环线，从而快速确定了3D打印机的粉末熔融烧结的初始路径，进一步通过换算出新环线的空间坐标点，从而修正了粉末烧结的最终路径，最终通过控制烧结路径的宽度，从而获得了外壳产品所需的厚度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的方法步骤示意图；
图2为本发明实施例中处于(X-Y-Z)三维垂直坐标系中的初始模型示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1-2所示，本发明实施例提供一种3D打印助听器的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、将流体状态的耳印模材料注入注射器中，将薄膜口袋套在注射器的注射嘴外部并密封。
步骤二、依次将薄膜口袋、注射器的注射嘴置于患者的耳道中，通过注射器将流体状态的耳印模材料注入耳道，直至溢出，薄膜口袋为具有高延展性的薄膜气球状结构，本实施例中，该薄膜口袋为具有高延展性的薄膜气球状结构。进一步，其众多可选用的制备材料中的一种如下：美国橡树岭国家实验室(OakRidge NationalLaboratory)的曹鹏飞博士和TomonoriSaito博士设计合成的一系列的超高延展性，自我修复能力的高分子橡胶膜，发表于《先进功能材料》杂志，具体的该工作主要由研究助理李炳睿和博士生洪涛(现为美国国家能源技术实验室博士后)完成，该高分子橡胶膜由支化聚二甲基硅氧烷(PDMS)，线性PDMS和尿素在高温条件下由缩聚反应制备合成，该材料具有超高延展性(应变从984％到5600％)和较强的自修复能力，并且能在较宽的温度范围(tan>0.3)内使用，通过改变线性PDMS的分子量，可以调控所得高分子膜的杨氏模量，延展性和最高机械力。
步骤三、待流体状态的耳印模材料凝固后，连同薄膜口袋一同取出，进而取出薄膜口袋内部的耳印模材料，并利用激光扫描仪对其表面进行三维扫描。
上述步骤，解决了现有的耳印模材料直接贴合于患者的内耳道中，一方面在取模时，对于粘连的绒毛的拉拽会导致患者出现不适，另一方面也导致凝固的耳印模材料，因耳屎等异物未完全拟真内耳道的形状，从而影响了激光扫描耳印模测得的三维数据的精度，最终提高了助听器的返工率的问题。
进一步，步骤三还需利用三维建模软件基于上述三维数据，以耳道轴为竖直向坐标轴(Z轴)的方向进行建模，从而获得处于(X-Y-Z)三维垂直坐标系中的初始模型，且模型中的一端(属于耳廓部分的一端)贴近坐标原点，模型中的另一端沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧布置，进一步对模型外表进行修形，获取待打印的助听器外形最终模型。
作为本发明申请的另一方面，本实施例中，上述步骤三中修形包括以下方面：
(3.1)对模型表面的部分坑洼进行填补直至坑洼口与周围形成平滑过度，部分坑洼的选择标准为：坑洼口直径≤0.7-0.9mm、深度≤0.4-0.5mm；
(3.2)对模型进行两次平面切割且两切割平面均垂直于耳道轴(也即Z轴)，其一为一切割平面靠近坐标原点，切去初始模型中耳廓部分一端的模型内容(简而言之通常是切除溢出的部分)；其二为另一切割平面沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧运动，切去初始模型中远离耳廓部分的一端，从而形成一类似锥台状的待打印助听器外形模型，且两切割平面之间的间距(也即最终模型的高度(d))根据患者耳道尺寸而定，以使得产品贴合耳道佩戴舒适。
步骤四、将步骤三中获取的最终模型的各表面点三维坐标参数导入3D打印机中，以进行打印准备工作；
针对于粉末状金属或聚合物的3D打印机打印逻辑如下：
(4.1)以3D打印机一次铺粉的层厚参数为单位厚度(r)，对最终模型的高度(d)进行求商，获得铺粉层数(s)，且满足条件：s*r≥d，避免出现打印高度不足的情况；
(4.2)以相邻粉层之间的平面为剖面平面，将最终模型分割为(s)个环状结构，且易得环状结构的高度值等于单位厚度(r)，沿各环状结构1/2高度值处取一周从而获得各环状结构相应的环线，则易得各环线上各点的空间坐标，则3D打印机的粉末熔融烧结的初始路径即为：自下而上依次排布的各环线上各点的空间坐标，进一步易得烧结路径的作用宽度(l)即为助听器外壳的厚度，故修正后的粉末熔融烧结路径应为：各环线向中心收缩1/2*l距离后所得的新环线上各点的空间坐标点，新环线与旧环线之间为平行的关系；
(4.3)自下而上依次沿铺粉一层完毕后，即以对应的新环线空间坐标点进行熔融烧结，而后再铺粉一层，再进行熔融烧结，交替进行直至产品打印完毕；
步骤五、通过3D打印机一次性同步打印出所需个数的助听器外壳，而后取出，并依次进行打磨、抛光、着色工序，打印完毕的外壳在选取出合格的产品后，依次在其内部组装所需的电子元器件并封装，最终形成完整的助听器。
本实施例中，一次性打印多个外壳，一方面能够为后续的加工可能存在的失误留下冗余量，降低生产风险，另一方面，多个外壳产品，还可分别进行定制化，从而丰富产品服务，提高产品竞争力以及后续的使用便捷性。
实施例2：
本实施例相比于实施例1，其主要区别在于3D打印机的打印逻辑。
具体为：在步骤四中，将步骤三中获取的最终模型的各表面点三维坐标参数导入3D打印机中，以进行打印准备工作；
针对于液体材料精确沉淀的3D打印机打印逻辑如下：
同样的，将最终模型分割为多个环状结构，且易得环状结构的高度值是人为可控的，沿各环状结构1/2高度值处取一周从而获得各环状结构相应的环线，则易得各环线上各点的空间坐标，则3D打印机的液体材料精确喷射初始路径即为：自下而上依次排布的各环线上各点的空间坐标，进一步易得精确沉淀的材料厚度(L)即为助听器外壳的厚度，故修正后的精确喷射路径应为：各环线向中心收缩1/2*L距离后所得的新环线上各点的空间坐标点，新环线与旧环线之间为平行的关系。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种3D打印助听器的制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将流体状态的耳印模材料注入注射器中，将薄膜口袋套在注射器的注射嘴外部并密封；
步骤二、依次将薄膜口袋、注射器的注射嘴置于患者的耳道中，通过注射器将流体状态的耳印模材料注入耳道，直至溢出；
步骤三、待流体状态的耳印模材料凝固后，连同薄膜口袋一同取出，进而取出薄膜口袋内部的耳印模材料，并利用激光扫描仪对其表面进行三维扫描，进而利用三维建模软件基于上述三维数据，以耳道轴为竖直向坐标轴(Z轴)的方向进行建模，从而获得处于(X-Y-Z)三维垂直坐标系中的初始模型，且模型中的一端(属于耳廓部分的一端)贴近坐标原点，模型中的另一端沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧布置，进一步对模型外表进行修形，获取待打印的助听器外形最终模型；
步骤四、将步骤三中获取的最终模型的各表面点三维坐标参数导入3D打印机中，以进行打印准备工作；
3D打印机打印逻辑如下：
(4.1)以3D打印机一次铺粉的层厚参数为单位厚度(r)，对最终模型的高度(d)进行求商，获得铺粉层数(s)，且满足条件：s*r≥d；
(4.2)以相邻粉层之间的平面为剖面平面，将最终模型分割为(s)个环状结构，且易得环状结构的高度值等于单位厚度(r)，沿各环状结构1/2高度值处取一周从而获得各环状结构相应的环线，则易得各环线上各点的空间坐标，则3D打印机的粉末熔融烧结的初始路径即为：自下而上依次排布的各环线上各点的空间坐标，进一步易得烧结路径的作用宽度(l)即为助听器外壳的厚度，故修正后的粉末熔融烧结路径应为：各环线向中心收缩1/2*l距离后所得的新环线上各点的空间坐标点；
(4.3)自下而上依次沿铺粉一层完毕后，即以对应的新环线空间坐标点进行熔融烧结，而后再铺粉一层，再进行熔融烧结，交替进行直至产品打印完毕；
步骤五、通过3D打印机一次性同步打印出所需个数的助听器外壳，而后取出，打印完毕的外壳在选取出合格的产品后，依次在其内部组装所需的电子元器件并封装，最终形成完整的助听器。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印助听器的制造方法，其特征在于：所述薄膜口袋为具有高延展性的薄膜气球状结构。
3.根据权利要求1所述的一种3D打印助听器的制造方法，其特征在于：步骤三中修形包括以下方面：
(3.1)对模型表面的部分坑洼进行填补直至坑洼口与周围形成平滑过度，部分坑洼的选择标准为：坑洼口直径≤0.7-0.9mm、深度≤0.4-0.5mm；
(3.2)对模型进行两次平面切割且两切割平面均垂直于耳道轴(也即Z轴)，其一为一切割平面靠近坐标原点，切去初始模型中耳廓部分一端的模型内容；其二为另一切割平面沿竖直向坐标轴(Z轴)正向方向，向远离坐标原点的一侧运动，切去初始模型中远离耳廓部分的一端，从而形成一类似锥台状的待打印助听器外形模型，且两切割平面之间的间距(也即最终模型的高度(d))根据患者耳道尺寸而定，以使得产品贴合耳道佩戴舒适。
4.根据权利要求1所述的一种3D打印助听器的制造方法，其特征在于：步骤五中取出后的多个助听器外壳需先依次进行打磨、抛光、着色工序。
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