DE102004051231A1

DE102004051231A1 - Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken mit heterogenen Materialeigenschaften auf der Basis der 3D-Printertechnologie

Info

Publication number: DE102004051231A1
Application number: DE102004051231A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Klare; Axel Kohlmann; Reiner Dr. Altmann; Michael Kutschinski; Thomas Dr. Veit
Original assignee: Dreve Otoplastik GmbH
Current assignee: Dreve Otoplastik GmbH
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-04
Also published as: WO2006042515A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken mit heterogenen Materialeigenschaften auf der Basis der Solid-Free-Form-Fabrikationstechnologie 3-D-Printing in Kombination mit CAD, bei dem auf einer bereitgestellten Unterlage mindestens zwei oder mehrere Modellmaterialien und mindestens ein Supportmaterial schicht- beziehungsweise strangweise über eine rechnergesteuerte Auftragsvorrichtung aufgetragen werden, nach dem Auftragen einer oder mehrerer Stränge/Schichten diese mit einem so genannten "Planarizer" geglättet wird/werden und anschließend mittels aktinischer Strahlung ausgehärtet werden, bevor das Auftragen des nächsten Stranges/der nächsten Schicht beziehungsweise Stränge/Schichten erfolgt, wobei jeder Strang/Schicht der Modellmaterialien eine polymerisierbare Formulierung ist, die mit der Auftragsvorrichtung in unpolymerisiertem Zustand verarbeitbar ist.

Description

Für die Herstellung von Ohrpassstücken wie Schalen oder Otoplastiken wird heutzutage das sogenannte PNP-Verfahren (Positiv-Negativ-Positiv) in vielen Fällen angewendet. Beim PNP-Verfahren nimmt der Hörgeräteakustiker in einem ersten Schritt einen Ohrabdruck (Positiv) zur Herstellung einer Otoplastik (für die hinter dem Ohr getragenen Geräte) oder einer Schale (für im Ohr getragenen Geräte). In einem zweiten Schritt wird mittels Abformung eine Negativform angefertigt, in die nachfolgend eine strahlungshärtbare, niedrigviskose Formulierung gegossen und daraufhin belichtet wird. Das so gefertigte Ohrpassstück (Positiv) muß dem Gehörgang optimal angepasst sein. Andernfalls würden ungenaue Passtücke Beschwerden (z.B. Druckstellen) verursachen und die Funktion von Hörgeräten (z.B. Rückkopplungen durch ungenügende Abdichtung des Gehörganges) beeinträchtigen.

Das PNP-Verfahren ist zwar bewährt, aber zum einen mit einem hohen Fertigungsaufwand in Kombination mit einem geringen Automatisierungsgrad und zum anderen mit vielen Fehlerquellen bei den Abformungen, die zu o.g. Problemen führen können, verbunden.

Aus diesem Grunde wurde in den letzten Jahren ein Verfahren auf der Basis der Solid-Free-Form-Fabrikationstechnologie in Kombination mit dem Computer-Aided-Design entwickelt ( US 5,487,012 ).

Beim sogenannten Laser-Sinter-Verfahren (SLS-Verfahren) werden aus einem sinterfähigen Pulver schichtweise Formkörper aufgebaut, indem jede Schicht nach dem Aufbau schrittweise durch Bestrahlung mit einem Laser gesintert wird. Als Werkstoff zur Ohrpassstückherstellung wird ein Nylonpulver in homogener Zusammensetzung verwendet. Die Nachteile des Verfahrens bestehen darin, dass der apparative Aufwand und dementsprechend die damit verbunden Kosten hoch sind und dass das verwendete Modellmaterial sich nicht bzw. nur sehr schlecht nachbehandeln (z.B. lackieren) läßt. Ferner neigt das Material zu einer erhöhten Wasseraufnahme, so dass bei längerer Tragedauer im Ohr sich durch z.B. Einlagerungen von Cerumen und Bildung von Biofilmen unangenehme Gerüche bilden. Darüberhinaus sind aufgrund des Sinterverfahrens nur Formkörper mit einer Oberflächentextur realisierbar.

In der WO 97/29901 wird ein Verfahren auf der Basis der Stereolithographie (SLA) beschrieben, bei der aus einem flüssigen und strahlungshärtbaren Material dreidimensionale Objekte mittels Laserstrahlung generiert werden. Der Formkörper wird dabei schichtweise aufgebaut, indem jede Schicht mit einem Laserstrahl abgefahren und dabei ausgehärtet wird. Im Anschluß daran wird mit einem Abstreifer in Kombination mit einem kurzen Tauchvorgang die nächste Schicht des härtbaren Materials aufgetragen und ausgehärtet.

Unter Nutzung der beiden o.g. Verfahren sind „nur" Formkörper generierbar, die aus einem Modellmaterial bestehen und dementsprechend sind keine unterschiedlichen Schichten nach einem Gradientenmuster realisierbar.

Ein weiteres Verfahren stellt das hier als 3D-Printing bezeichnete Verfahren dar. Dabei wird mittels der 3D-Drucktechnik über elektrostatische Tintenstrahldüsen ein an der Luft aushärtbares oder erstarrendes Modellmaterial und ein Stützenmaterial (Supportmaterial), die gegebenenfalls mittels Strahlung ausgehärtet werden können, auf eine Plattform aufgebracht.

Die Materialanforderungen insbesondere an Ohrpassstücke sind jedoch vielfältig und es wäre wünschenswert, Formteile, die aus unter materialtechnischen Gesichtspunkten unterschiedlichen Schichten nach einem Gradientenmuster bestehen, herstellen zu können. So könnten beispielsweise durch die Kombination von „elastischen" und weniger elastischen Schichten gezielt die Bereiche eines Ohrpassstückes im Hinblick auf Tragekomfort (Vermeidung von Druckstellen) und Passung (Vermeidung von Rückkopplungen) optimal auf die individuellen Erfordernisse und Wünsche des Kunden eingestellt werden. Ferner könnte durch eine z.B. unflexible Aussenschale in Kombination mit einem flexiblen Innenaufbau einer Hörgeräteschale eine besondere Dämpfung und auch Schutz der gegenüber mechanischen Einflüssen empfindlichen Hörgeräteelektronik realisiert werden. Dies ist bei den o. g. Verfahren nur äusserst schwierig, bzw. nur mit einem sehr hohen Fertigungsaufwand machbar.

Unter produktionstechnischen Gesichtspunkten wäre durch die Kombination von unterschiedlich gefärbten Materialien z.B. eine Kennzeichnung der einzelnen Ohrpassstücke schon während des Bauprozesses möglich. Darüberhinaus könnten unterschiedlich eingefärbte Ohrpassstücke im Rahmen eines Bauvorganges auf einer Plattform nebeneinander gebaut werden. Daraus resultiert z.B. im Vergleich zum SLA-Verfahren ein wesentlich verringerter Zeit- und somit Kostenaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Zurverfügungstellung eines Verfahrens, welches die oben erwähnten Ziele erreicht bzw. die geschilderten Probleme überwindet, und welches einfach und kostengünstig realisierbar ist.

Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung die in den Patentansprüchen angegebenen Lösungen zur Verfügung Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken mit heterogenen Materialeigenschaften auf der Basis der Solid-Free-Form-Fabrikationstechnologie 3D-Printing in Kombination mit CAD vorgeschlagen, bei dem auf einer bereitgestellten Unterlage mindestens 2 oder mehrere Modellmaterialien und mindestens 1 Supportmaterial schicht- bzw. strangweise über eine rechnergesteuerte Auftragsvorrichtung aufgetragen werden. Nach dem Auftragen einer oder mehrerer Stränge/Schichten wird/werden diese mit einem sogenannten „Planarizer" geglättet und anschließend mittels aktinischer Strahlung ausgehärtet, bevor das Auftragen des nächsten Stranges/der nächsten Schicht, bzw. Stränge/Schichten erfolgt. Dabei ist jeder Strang/Schicht der Modellmaterialien eine polymerisierbare Formulierung und mit der Auftragsvorrichtung in unpolymerisiertem Zustand verarbeitbar.

Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken unter Verwendung des 3D-Printings zur Verfügung, das die Herstellung verschiedenartig strukturierter Formteile aus verschiedenen Materialien in einem Arbeitsschritt erlaubt.

Eine bevorzugte Lösung ist in 1a bzw. 1b verdeutlicht. Die Verfahren setzen sich aus einem CAD-System (A), einer Planarizereinheit (C), einer Bestrahlungseinheit (D) und einer Kontrolleinheit (B) zusammen. Bei dem in 1a abgebildeten Verfahren wird durch diese ein Druckkopf (E) angesteuert. Der Druckkopf enthält mindestens 3 bis n Materialreservoirs (F) mit angeschlossenen Austragsöffnungen durch die mindestens ein Supportmaterial und mindestens 2 bis n-1 unterschiedlichen Materialien ausgetragen werden.
In einer anderen Ausführungsform (1b) kommen neben den schon o.g. Systemkomponenten CAD-System (A), Planarizer (C), Bestrahlungseinheit (D) und Kontrolleinheit (B) mindestens 2 bis n Druckköpfe (E₀ bis E_n) zur Anwendung. Mindestens 1 Druckkopf enthält ein Materialreservoir für mindestens ein Supportmaterial oder das Supportmaterial und ein oder mehrere Modellmaterialien.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des 3D-Printings zur Herstellung von Ohrpassstücken unter Verwendung von schmelzbaren, sogenannten „phase change materials", mit aktinischer Strahlung aushärtbaren ungefüllten oder gefüllten Materialien mittels eines computergesteuerten 3D-Pinters.
Die Erfindung ermöglicht es, Formteile herzustellen, die aus unterschiedlichen Materialschichten bestehen, zum Beispiel aus elastischen oder weniger elastischen Schichten, auch unterschiedlichen Materialzonen, unterschiedlichen Farben.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind solche Ohrpassstücke schnell und kostengünstig zu fertigen.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.
Alle neuen in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken mit heterogenen Materialeigenschaften auf der Basis der Solid-Free-Form-Fabrikationstechnologie 3D-Printing in Kombination mit CAD, bei dem auf einer bereitgestellten Unterlage mindestens zwei oder mehrere Modellmaterialien und mindestens ein Supportmaterial schicht- beziehungsweise strangweise über eine rechnergesteuerte Auftragsvorrichtung aufgetragen werden, nach dem Auftragen einer oder mehrerer Stränge/Schichten diese mit einem so genannten „Planarizer" geglättet wird/werden und anschließend mittels aktinischer Strahlung ausgehärtet werden, bevor das Auftragen des nächsten Stranges/der nächsten Schicht, beziehungsweise Stränge/Schichten erfolgt, wobei jeder Strang/Schicht der Modellmaterialien eine polymerisierbare Formulierung ist, die mit der Auftragsvorrichtung in unpolymerisiertem Zustand verarbeitbar ist.
Verfahren zur Herstellung von Ohrpassstücken unter Verwendung des 3D-Printingverfahrens, wobei die Herstellung verschiedenartig strukturierter Formteile aus verschiedenen Materialien in einem Arbeitsschritt durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, wobei durch ein CAD-System (A), eine Planarizereinheit (C), eine Bestrahlungseinheit (D) und eine Kontrolleinheit (B) ein Druckkopf (E) mit mindestens 3 bis n Materialreservoirs (F) mit angeschlossenen Austragsöffnungen, durch die mindestens ein Supportmaterial und mindestens 2 bis n-1 unterschiedliche Materialien ausgetragen werden, angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei durch die Systemkomponenten (A-D) mindestens 2 bis n Druckköpfe (Eo – En) angesteuert werden, wobei mindestens ein Druckkopf ein Materialreservoir für mindestens ein Supportmaterial aufweist oder ein Materialreservoir für mindestens ein Support material und ein oder mehrere Modellmaterialien aufweist, während die weiteren Druckköpfe ein Materialreservoir für ein oder mehrere Modellmaterialien aufweist.
Verwendung des 3D-Printings zur Herstellung von Ohrpassstücken unter Verwendung von schmelzbaren, so genannten „phase change materials", mit aktinischer Strahlung aushärtbaren ungefüllten oder gefüllten Materialien mittels eines computergesteuerten 3D-Printers, insbesondere nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.