DE102021004077A1

DE102021004077A1 - lndividualisierte Otoplastiken und Brillen

Info

Publication number: DE102021004077A1
Application number: DE102021004077.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Goth; Stephan Seitz
Original assignee: Caddent GmbH
Current assignee: Caddent GmbH
Priority date: 2021-08-07
Filing date: 2021-08-07
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft wesentliche Funktions- oder Befestigungselemente von Sehhilfen und Schutzbrillen, insbesondere Brillengestell (1), Brillenbügel (2), Bügelende (3), Brillenscharnier (4), Nasensteg (5) und Nasenpads (6), sowie Otoplastiken, insbesondere Hörgeräte (8), Hörgerätegehäuse (9) und Ohrpassstücke (10), sowie In-Ear-Hörer (11), In-Ear-Kopfhörergehäuse (12), Ohrpolster (13) und In-Ear-Schallschutz (14), welche in einem direkten Kontakt zur Haut anbringbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein keramisches Material verwendet wird und aufgrund der werkstofflichen Attribute einen äußerst hohen Tragekomfort, sowie biokompatible, antibakterielle, hydrophobe und lipophobe Eigenschaften vorweisen. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Generierung der Herstellungsdaten eines Funktions- oder Befestigungselementes einer Otoplastik oder einer Brille.

Description

Die Erfindung betrifft ein Funktions- oder Befestigungselement einer Brille oder einer Otoplastik nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Zudem betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Generierung der Herstellungsdaten eines Funktions- oder Befestigungselementes einer Otoplastik oder einer Brille.
Unter einem „Funktions- oder Befestigungselement einer Brille“, werden in diesem Dokument das Brillengestell, der Brillenbügel, das Bügelende, das Brillenscharnier, der Nasensteg und das Nasenpad, sowohl von Sehhilfen als auch von Schutzbrillen jeglicher Art verstanden. Der Begriff „Otoplastik“ umfasst jegliche Hörgeräte, Hörgerätegehäuse und Ohrpassstücke, sowie In-Ear-Hörer, In-Ear-Kopfhörergehäuse, Ohrpolster und In-Ear-Schallschutz. Dies umfasst auch den nicht zu implantierenden, externen Teil jeglicher Cochlea-Implantate.
Brillengestelle und Brillenbügel, sowie Bügelenden werden in der Regel aus Metall oder Kunststoff hergestellt. Während Kunststoffbrillen meist ausgefräst oder im Spritzgussverfahren gefertigt werden, entstehen Metallbrillen aus Edelstahl oder Titan in der Regel aus Profildrähten. Auch die Fertigung mittels Metall-3D-Druck-Verfahren ist grundsätzlich bekannt. In DE 202015000036 U1 wird ein optimierter Gelenkmechanismus mit einem Gleitlagerelement für Brillen mit schwenkbaren Brillenbügeln aus einem Material mit einem erhöhten Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise Titan, beschrieben.
Die Nasenauflagen von Brillen sind in der Regel aus transparentem Silikon hergestellt. Aus DE 20 2015 100 067 U1 ist eine Nasenauflage bekannt, deren Material mindestens einen Lüftungskanal und mindestens eine Rille aufweist.
Otoplastiken, insbesondere Hörgeräte, Hörgerätegehäuse und Ohrpassstücke, sowie In-Ear-Hörer, In-Ear-Kopfhörergehäuse, Ohrpolster, In-Ear-Schallschutz und der externe Teil von Cochlea-Implantaten werden nach dem Stand der Technik aus Silikon, Acryl oder sonstigen Kunststoffen gefertigt.
DE 10 2018 132 445 A1 beschreibt eine flexible oder semi-flexible Otoplastik aus transparentem Silikon, welche aufgrund ihrer anatomischen Form und Flexibilität an einer Vielzahl von Personen mit einer hohen Passgenauigkeit und einem hohen Tragekomfort als Probeotoplastik zum Testen verschiedener Hörgerätemodelle benutzt werden kann.
Die passgenaue Konstruktion von individuellen Otoplastiken und Brillen nach konventioneller Abformung oder unter Einsatz eines digitalen Scanverfahrens, welches die Fertigungsgrundlage darstellt, ist ebenfalls bekannt. So beschreibt beispielsweise die DE 10 2018 009 811 A1 ein Verfahren zur Generierung von Herstellungsdaten zur Herstellung einer Brille. Dabei wird ein dreidimensionales Abbild des Kopfes erfasst und auf Grundlage dessen, die Brille konstruiert und gefertigt.
Alle Materialien, die bisher zur Herstellung von Otoplastiken und Brillen verwendet werden, weisen wesentliche Nachteile auf. Metalle haben sehr gute Wärme- und Kälteleitereigenschaften, wodurch das Tragen von Otoplastiken und Brillen aus Metall bei sehr kalten oder sehr warmen Temperaturen als sehr unangenehm für den Benutzer empfunden wird. Zudem erschweren Metalle aufgrund des Gewichtes den Tragekomfort. Kunststoffe weisen zwar ein geringes Gewicht auf, allerdings verfärben sich diese mit der Zeit aufgrund von Verschmutzungen, Reinigungsmitteln, sowie aufgrund des Hautkontaktes und der Berührung mit verschiedenen Körperflüssigkeiten. Da einige Reinigungsmittel Kunststoffbeschichtungen und Kunststoffoberflächen angreifen und beschädigen, können unter Umständen giftige Bestandteile freigesetzt werden, die dadurch in den menschlichen Körper und in die Umwelt gelangen. Können aus diesem Grund verschiedene Reinigungsmittel nicht verwendet werden, leidet darunter die Hygiene. Daher ist aus Gründen der Nachhaltigkeit und des Umweltbewusstseins, die Verwendung von Kunststoffen maximal zu reduzieren oder bestenfalls zu vermeiden. Des Weiteren können Kunststoffe, wie auch Metalle auf der Haut Allergien und Hautirritationen hervorrufen. Zusammenfassend weisen Otoplastiken und Brillen aus verschiedenen Kunststoffen und Metallen wesentliche Nachteile vor allem hinsichtlich des Tragekomforts und der Nachhaltigkeit auf.
Die Erfindung liegt der Aufgabe zugrunde, die Vorteile der bisherigen Fertigungsmaterialien von Otoplastiken und Brillen zu vereinen und die nachteiligen Aspekte zu beseitigen, um die Anforderungen an die Funktion, Befestigung, Hygiene, Nachhaltigkeit und Optik, sowie an den Tragekomfort des Benutzers zu optimieren und bestmöglich zu gewährleisten.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß wie in Patentanspruch 1 angegeben, gelöst.
Brillen und Otoplastiken aus keramischen Werkstoffen bieten gegenüber Metallen wesentliche Vorteile. Aufgrund der niedrigen Dichte sind keramische Bauteile sehr viel leichter als die gleichen Bauteile aus Metall. Zudem besitzen Keramiken eine geringere Wärme- und Kälteleitfähigkeit als Metalle, wodurch sich ein angenehmerer Tragekomfort an sehr warmen oder kalten Tagen ergibt. Des Weiteren sind als wesentliche Vorteile der Keramik die große Härte, hohe mechanische Festigkeit und hohe spezifische Steifigkeit, sowie die hohe Verschleiß-, Korrosions-, Temperatur- und Witterungsbeständigkeit zu nennen. Gegenüber Kunststoff versprechen Keramiken zusätzlich eine gute Verträglichkeit, Biokompatibilität, eine bessere Hygiene aufgrund der höheren Reinigungs- und Pflege-Leichtigkeit, sowie eine höhere Langlebigkeit, höhere Robustheit und eine Geruchsneutralität. Außerdem ist bei keramischen Werkstoffen die höhere Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit hervorzuheben. Zudem ergeben sich an keramischen Oberflächen bereits von Natur aus antibakterielle, hydrophobe und lipophobe Eigenschaften, weshalb die erfindungsgemäße Verwendung von keramischen Werkstoffen zur Herstellung eines Funktions- oder Befestigungselementes einer Otoplastik oder einer Brille.
Zur erfindungsgemäßen Herstellung eines Funktions- oder Befestigungselementes einer Otoplastik oder einer Brille werden als keramische Werkstoffe, insbesondere Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Titandioxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅), Aluminiumnitrid (AIN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C), Hydroxylapatit (Ca₅), Cordierit (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) oder Tricalciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂) vorgeschlagen.
Als Herstellungs- und Konstruktionsgrundlage dient eine konventionelle, plastische Abformung oder ein digitales, dreidimensionales Abbild der Kopfform, Augenform, Nasenform und Ohrenform oder eine Ausformung des Gehörgangs.
Unter dreidimensionalem Abbild wird in diesem Dokument ein digitales, rechnerisches, 3D-Modell aus erzeugten Polygon-Gitternetzen als Replikat vom Originalobjekt verstanden.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Generierung von Herstellungsdaten eines Funktions- oder Befestigungselementes einer Otoplastik oder einer Brille vorgeschlagen, welches auf Basis der Verwendung von sogenannten „Marker“ als Markierungspunkte zur Eingrenzung und Verbesserung des Scanvorgangs, die Augen-, Nasen- und Ohrenform eines Kunden dreidimensional abbildet und folgende Verfahrensschritte umfasst:

a) Anbringung von Markern am Augen-, Nasen- und Ohrenbereich des Kunden;
b) Erfassung der Marker und der Bereiche dazwischen durch einen Scanner;
c) Generierung eines dreidimensionalen Abbildes des Augen-, Nasen- und Ohrenbereiches;
d) Konstruktion beziehungsweise computergestütztes Design auf Grundlage des dreidimensionalen Abbildes des Augen-, Nasen- und Ohrenbereiches des Kunden individuell ihn angepasst.

Die Marker weisen erfindungsgemäß vorzugsweise eine glatte, metallisch-glänzende, kreisrunde, 20mm² große Oberfläche auf und werden jeweils zentral mit einem Abstand von fünf Zentimeter über, neben und unter dem jeweiligen Auge, der Nase und dem jeweiligen Ohr, vorzugsweise durch einen zuvor geschulten Fachmann der Augenoptik oder Hörgeräteakustik aufgeklebt.
Auf den Augen-, Nasen- und Ohrenbereich des Kunden wird jeweils möglichst zentral von vorne und den beiden Ohrseiten ein 3D-Scanner im Abstand von 40 Zentimeter gerichtet. Vorzugsweise wird dazu ein Lidar-Scanner (Light Imaging, Detetion and Ranging = Lichtbildgebung, Erkennung und Entfernungsmessung) verwendet, welcher Laserimpulse im infrarotnahen und für den Menschen unsichtbaren und ungefährlichen Bereich aussendet und das zurückreflektierte Licht detektiert.
Aufgrund der deutlich höheren Rückreflexion der Marker (über 90 %) im Vergleich zum Augen-, Nasen- und Ohrenbereich des Kunden, sowie aufgrund der bekannten, stets gleichen Geometrie der Marker (kreisrund, 20mm² groß), werden diese erkannt und grenzen den Scan-Bereich für den verwendeten 3D-Scanner, vorzugsweise Lidar-Scanner, ein, wodurch der Scan-Bereich klar definiert ist und sich der Scanner, vorzugsweise Lidar-Scanner, ausschließlich auf diesen Bereich fokussieren kann, um ein exaktes dreidimensionales Abbild des gescannten Bereiches zu erzeugen.
Das auf den, durch die Marker, definierten Scanbereich fokussiert ausgesendete und anschließend wieder detektierte Lichtpunktegitter aus über 1.000 Infrarotstrahlen des Lidar-Scanners, erzeugt ein digitales Polygon-Gitternetz und damit ein dreidimensionales Abbild des gescannten Bereiches. Auf dieser Grundlage, kann nun die digitale Konstruktion beziehungsweise das computergestützte Design (CAD = Computer-Aided Design) der Funktions- oder Befestigungselemente einer Otoplastiken oder einer Brillen, mithilfe bekannter, computergestützter Konstruktions- beziehungsweise CAD-Software (Computer-Aided Design = Computergestütztes Design) wie beispielsweise „Creo Prarametric“ erfolgen.
Dieses dreidimensional konstruierte Objekt kann aus der CAD-Software beispielsweise als STL-Datei (Standard Tessellation Language = Standardsprache für Tessellation) ausgegeben und mithilfe einer CAM-Software (Computer Aided Manufacturing = Computergestützte Fertigung) wie beispielsweise „Cambridge“, sowohl der subtraktiven, als auch der additiven Fertigungsanlage digital übermittelt werden.
Die subtraktive Herstellung von Otoplastiken und Brillen aus keramischen Werkstoffen, insbesondere aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Titandioxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅), Aluminiumnitrid (AIN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C), Hydroxylapatit (Ca₅), Cordierit (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) oder Tricalciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂), kann mittels einer CNC-Fräsmaschine (Computerized Numerical Control = Computergestützte numerische Steuerung) mit einer sehr hohen Präzession, sehr effizient und wirtschaftlich erfolgen.
Besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Herstellung von Funktions- oder Befestigungselementen einer Otoplastik oder einer Brille aus keramischen Werkstoffen, insbesondere aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Titandioxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅), Aluminiumnitrid (AIN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C), Hydroxylapatit (Ca₅), Cordierit (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) oder Tricalciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂), mittels Keramik-3D-Druck-Verfahren, insbesondere mittels LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing = Lithografie basierte Keramikverarbeitung), SLA-Verfahren (Stereolithografie), DLP-Verfahren (Digital Light Processing = Digitale Lichtverarbeitung), LDM-Verfahren (Liquid Deposition Modelling = Flüssigkeitsablagerungsmodellierung), Binder-Jetting-Verfahren oder im NPJ-Verfahren (Nanopartikel-Jetting). Diese additiven Herstellungsverfahren erlauben äußerst materialschonend auch besondere Geometrien, die mit Fräsmaschinen subtraktiv nicht möglich, aber insbesondere für die Otoplastiken notwendig sind. Im Anschluss an die additive Fertigung erfolgt der Entbinderprozess, bei dem das Bindemittel eliminiert wird.
Damit die keramischen Werkstoffe ihre technischen Hochleistungseigenschaften erhalten, ist ein Sinterprozess bei Temperaturen zwischen 1000°C und 1650°C notwendig. Vorteilhaft erfolgt die Entbinderung thermisch während des Sinterprozesses.
Rauigkeit oder Rauheit meint in diesem Dokument die physikalische Unebenheit auf der Oberfläche eines Objektes.
Durch das additive Herstellungsverfahren erhalten die generierten Funktions- und Befestigungselemente eine Oberflächenrauigkeit von 0,5-10 Mikrometer. Diese Rauigkeit vergrößert durch die Unebenheiten die Oberfläche des Objektes, wodurch die erfindungsgemäßen Funktions- und Befestigungselemente einer Otoplastik oder einer Brille, besser an der Haut des Benutzers anhaftet, im Gegensatz zu einer glänzend glatten Oberfläche. Daher wird eine matte, raue Oberflächenstruktur mit einer Rauigkeit zwischen 0,5-10 Mikrometer bevorzugt.
Besonders vorteilhaft ist zudem, die genannten keramischen Bauteile individuell an die Haut- oder Gesichtsfarbe des Kunden angepasst oder nach sonstigen Kundenwunsch einzufärben. Die Keramik kann sowohl beispielsweise bereits vor der Fertigung eingefärbt werden, als auch während des additiven Fertigungsprozesses durch Einspritzen der entsprechenden Farbe oder im Anschluss an den Herstellprozess entweder durch eine thermische Behandlung unter Veränderung der chemischen und physikalischen Eigenschaften oder durch manuelle Pinselbemalung, wobei die aufgebrachte Farbe in einem Brand bei Temperaturen zwischen 500 °C und 1500 °C absolut fest mit der Keramik verbunden wird.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen dargestellt.

1 zeigt eine typische Sehhilfe oder Schutzbrille, dessen Brillengestell 1, Brillenbügel 2, Bügelende 3, Brillenscharnier 4, Nasensteg 5 und Nasenpads 6 gemäß der Erfindung, individuell an den Benutzer angepasst, additiv oder subtraktiv aus einem keramischen Werkstoff gefertigt werden.
2 zeigt ein typisches Hörgerät 8, dessen Hörgerätegehäuse 9 und Ohrpassstück 10 gemäß der Erfindung, individuell an das Ohr E des Benutzers angepasst, additiv oder subtraktiv aus einem keramischen Werkstoff gefertigt werden.
3 zeigt einen In-Ear-Hörer 11, dessen In-Ear-Kopfhörergehäuse 12 und Ohrpolster 13 gemäß der Erfindung, individuell an den Benutzer angepasst, additiv oder subtraktiv aus einem keramischen Werkstoff gefertigt werden.
4 zeigt einen In-Ear-Schallschutz 14, der gemäß der Erfindung, individuell an den Benutzer angepasst, additiv oder subtraktiv aus einem keramischen Werkstoff gefertigt wird.

Bezugszeichenliste

1: Brillengestell
2: Brillenbügel
3: Bügelende
4: Brillenscharnier
5: Nasensteg
6: Nasenpads
7: Brillenglas
8: Hörgerät
9: Hörgerätegehäuse
10: Ohrpassstück
11: In-Ear-Hörer
12: In-Ear-Kopfhörergehäuse
13: Ohrpolster
14: In-Ear-Schallschutz
E: Ohr

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202015000036 U1 [0003]
DE 202015100067 U1 [0004]
DE 102018132445 A1 [0006]
DE 102018009811 A1 [0007]

Claims

Funktions- oder Befestigungselement einer Brille oder einer Otoplastik, das in einem direkten Kontakt zur Haut anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff eine Keramik einsetzbar ist.
Funktions- oder Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik Zirkoniumdioxid (ZrO₂), Aluminiumoxid (Al₂O₃), Magnesiumoxid (MgO), Titandioxid (TiO₂), Siliziumdioxid (SiO₂), Aluminiumtitanat (Al₂TiO₅), Aluminiumnitrid (AIN), Siliziumnitrid (Si₃N₄), Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC), Borcarbid (B₄C), Hydroxylapatit (Ca₅), Cordierit (Mg₂Al₄Si₅O₁₈) oder Tricalciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂) ist.
Funktions- oder Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik auf den Benutzer optisch abgestimmt eingefärbt ist oder die Keramik während oder nach der Bauteilherstellung mit einer auf den Benutzer optisch abgestimmten Farbe versehen wird, beispielsweise durch maschinelle Einspritzung im 3D-Druckverfahren oder durch manuelle Pinselbemalung.
Funktions- oder Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses wenigstens an den Hautkontaktstellen eine rein keramische Oberfläche aufweist, wobei diese biokompatible, antibakterielle, hydrophobe und lipophobe Eigenschaften besitzt.
Funktions- oder Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses subtraktiv gefräst oder additiv, insbesondere mittels LCM-Verfahren (Lithografie basierte Keramikverarbeitung), SLA-Verfahren (Stereolithografie), DLP-Verfahren (Digitale Lichtverarbeitung), LDM-Verfahren (Flüssigkeitsablagerungsmodellierung), Binder-Jetting-Verfahren oder NPJ-Verfahren (Nanopartikel-Jetting) gefertigt wird.
Funktions- oder Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine matte Oberflächenstruktur mit einer Oberflächenrauigkeit von 0,5-10 µm aufweist.
Verfahren zur Generierung von Herstellungsdaten eines Funktions- oder Befestigungselementes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, umfassend folgende Verfahrensschritte: a) Anbringung von Markern am Augen-, Nasen- und Ohrenbereich des Kunden, b) Erfassung der Marker und der Bereiche dazwischen durch einen Scanner, c) Generierung eines dreidimensionalen Abbildes des Augen-, Nasen- und Ohrenbereiches, d) Konstruktion beziehungsweise computergestütztes Design auf Grundlage des dreidimensionalen Abbildes des Augen-, Nasen- und Ohrenbereiches des Kunden individuell ihn angepasst.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Marker zentral jeweils mit einem Abstand von fünf Zentimeter über, neben und unter dem jeweiligen Auge, der Nase und dem jeweiligen Ohr aufgebracht, insbesondere aufgeklebt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Marker eine sehr glatte, metallische Oberfläche mit einer Oberflächenrauigkeit von unter 1 µm aufweisen, wodurch der Anteil an rückreflektierter Strahlung bei über 90 % und höher liegt, als der rückreflektierte Anteil der Strahlung, die auf der Haut des Benutzers reflektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Marker und der Bereich zwischen den Markern, insbesondere der Augen-, Nasen- und Ohrenbereich des Kunden mittels wenigstens einen Lidar-Scanners erfasst werden.