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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Modul für eine Rechnereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Eine Applikation der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Einlagen für Schuhe, Modelle auf der Einlage wie etwa Pelotte oder Tieferlegung. Gutes Schuhwerk genießt aus gesundheitlichen, d.h. insbesondere aus orthopädischen Gründen, eine besondere Bedeutung. Der Anpassbarkeit des Schuhwerks an die Physiognomie des Fußes ist dabei zentrale Zielvorgabe. Bisher sind die Möglichkeiten der Anpassung von Schuhen allerdings überschaubar. Einlagenversorgungen werden zurzeit größtenteils über Einlagenrohlinge, individuell gefräste Einlagen oder Einlagen im Tiefziehverfahren hergestellt. Als Material wird dabei größtenteils auf EVA zurückgegriffen. Dieses ist in unterschiedlichen Shore-Härten verfügbar. Über sogenannte Sandwich-Materialien können verschiedene Shore-Härten miteinander kombiniert werden. Dabei ist man allerdings auf die verschiedenen Materialstärken angewiesen, um Kennwertebereiche abzubilden. So müssen zusätzliche Polsterungen oder Abstützungen unter großem Aufwand und nachträglich in die Einlage eingearbeitet werden. Auf diese Art hergestellte Einlagen bedürfen schließlich immer noch einer Nachbearbeitung, bevor sie in den Schuh gelegt werden können.
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Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung einer Schuheinlage oder anderer Applikationen eines Schuhs und ein Modul für eine Rechnereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens unter optimaler Verteilung individueller Materialkennwerte zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vorlage des Werkstücks in eine Vielzahl von Rastern unterteilt und jedem dieser Raster ein individueller Kennwert bezüglich mindestens einer seiner physikalischen Eigenschaften zugewiesen wird.
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Solch eine Vorlage dient als eine Art Prototyp für die spätere Herstellung einer dreidimensionalen Struktur. Dabei erfolgt über eine Rechnereinheit zur Durchführung dieses Verfahrens eine Unterteilung des Werkstücks in eine Vielzahl von Rastern, wobei jedem dieser Raster ein individueller Materialkennwert (etwa in Bezug auf dessen Härte) zugewiesen wird, so dass sich deutlich bessere Verteilungsmöglichkeiten dieser Werte über die Einlage bieten und eine perfekte Vorlage für die spätere Produktion im großen Stil geschaffen ist.
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Nach einer bevorzugten Anwendung wird die Struktur durch Erhitzen eines Werkstoffes auf eine Arbeitstemperatur unter Entstehung einer Werkstoffschmelze und schichtweises Auftragen einer Schicht der Werkstoffschmelze auf das herzustellende Werkstück hergestellt. Derartige Verfahren, die auch als 3D-Druck bezeichnet werden, spielen eine zunehmend bedeutende Rolle bei der Herstellung dreidimensionaler Strukturen. Sie zeichnen sich besonders durch hohe Präzision, große Effektivität und niedrige Stückkosten aus. Zudem können Werkstücke von vergleichsweise hoher Komplexität gefertigt werden. Bekannte 3D-Drucker umfassen in der Regel eine beheizbare Arbeitsfläche. Dabei wird ein Filament aus Kunststoff über einen Extruder-Druckkopf erhitzt und über dem Extruder zugeführt. Eine Düse, die sich am Druckkopf befindet, regelt den Durchlass der Werkstoffschmelze. Dabei können über Bewegungen räumliche Strukturen abgefahren werden, die von Skulpturen zu sehr komplexen Konstruktionen führen.
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Gedacht ist dabei insbesondere an Werkstücke in Form einer Einlegesohle, von Modellen oder Schuhböden als bevorzugter Anwendung. Eine solche Anwendung bezieht sich also auf ein Modell auf der Einlage, z.B. Pelotte oder Tieferlegung. Dazu ist vorgesehen, dass eine Vorlage für eine Einlegesohle, ein Modell und/oder Schuhböden in eine Vielzahl von Rastern unterteilt wird, wodurch sich eine besonders vorteilhafte, effektive und sichere Verteilung der Materialkennwerte über das Werkstück ergibt.
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Ergänzend ist es zweckmäßig, wenn eine Vorlage für Einlegesohlen, Modelle und/oder Schuhböden in eine Vielzahl von dreidimensionalen Rastern unterteilt wird bzw. wenn solch eine Vorlage in eine Vielzahl von gleich bauenden Rastern unterteilt wird, auch mit Blick auf einen somit geschaffenen Standard.
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Die vorliegende Erfindung zielt, wie gerade angesprochen, auf Einlegesohlen, Modelle oder Schuböden ab. Bei diesen Anwendungen wiederum ist die Härte von zentraler Bedeutung, die nach bisher bekannten Verfahren nur sehr grob vorgegeben und eingehalten werden konnte. Bei dem Materialkennwert im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens dreht es sich also um die Härte, zweckmäßigerweise die Shore-Härte von Sohle, Modell oder Schuhboden. Derartige Werkstücke zeichnen sich durch optimierte Steifheit, Festigkeit und vor allem Härte sowie eine gezielte Polsterung und einer damit verbundenen Entlastung aus. Auch andere Applikationen sind denkbar, etwa im Rahmen der Fertigung von individuellen Fahrradsatteln.
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Dazu gibt es eine Auswahl der Shore-Härten mit der Möglichkeit, diese letztlich beliebig miteinander zu kombinieren, indem jedem dieser Raster eine individuelle Härte zugewiesen wird. D.h. dass die Möglichkeit besteht, für die Sohlen, die Modelle und die Schuhböden die Shore-Häre für unterschiedliche Bereiche, ja sogar für bestimmte einzelne Raster separat einzustellen und zwar sogar übergangslos.
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In diesem Rahmen werden Ansichten ausgewählt und es kann per Recheneinheit eine extrem hohe Differenzierung im Wege einer sogenannten Point-Cloud, also einer rasterartigen Anordnung über Sohle oder Modell verteilt, erreicht werden, indem eben letztlich jedes Raster individuell angesprochen werden kann. Zusätzliche Polsterungen oder Abstützungen, die bisher unter großem Aufwand in die Sohlen integriert werden mussten, können in einem ersten Arbeitsschritt mit produziert werden. Auch eine nachträgliche Einarbeitung in die Einlage ist nicht mehr notwendig.
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Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Raster in einer Auflösung von ca. 3 mm × 3 mm × 3 mm bis 8 mm × 8 mm × 8 mm angelegt werden.
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Optimiert werden können diese Raster in Hinblick auf die Dimensionierung von Sohlen und Rastern, wenn die Raster in einer Auflösung von 5 mm × 5 mm × 5 mm und folglich in Form eines Würfels oder auch eines Quaders angelegt werden.
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Was die grafische Wiedergabe der Ansichten des Werkstücks betrifft, sind verschiedene Varianten gerade auch mit Blick darauf denkbar, dass eben jedes Raster bzw. jede Gruppe von Rastern so wiedergegeben werden sollte, dass ein präziser Rückschluss auf die Härte möglich ist. Insofern ist der Vorschlag zu verstehen, wonach die Raster entsprechend ihrer Härte markiert dargestellt werden.
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Dabei hat es sich als am zweckmäßigsten herausgestellt, wenn die Raster entsprechend ihrer Härte koloriert dargestellt werden, wobei es sich natürlich anbietet, vergleichsweise weiche Teile vergleichsweise hell abzubilden und vergleichsweise harte Raster oder Rasterabschnitte vergleichsweise dunkel. Durch eine Auswahl des Shore-Härte-Grades sieht man eine Veränderung in der Farbe in dem Raster entsprechend der Einlage.
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Selbstverständlich sollen die einzelnen Raster bzw. Rastergruppen auch isoliert betrachtet und, was ihre Härte betrifft, individuell wiedergegeben werden. In diesem Sinne ist vorgesehen, dass Ausschnitte des Werkstücks in eine Vielzahl von Rastern unterteilt werden. Man kann sich einen solchen Ausschnitt als eine Art Kasten vorstellen und aufrufen. In diesem Bereich kann die Shore-Härte verändert sein oder werden, insbesondere wird damit für einen Teilbereich der Einlage die Shore-Härte definiert.
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In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, wenn für den betreffenden Ausschnitt die Härte sämtlicher Raster erfasst wird.
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Denkbar sind im Hinblick auf diese Ausschnitte zwei Varianten. Nach einer ersten ist vorgesehen, dass Ausschnitte von der Oberseite der Einlage erfasst werden. Die Alternative umfasst eine Lösung, bei der die Ausschnitte von der Seite erfasst werden. Dabei geht mit diesem Ausschneiden an der Oberseite der Einlage oder von der Seite her eine Vergrößerung dieses Ausschnitts zweckmäßigerweise einher.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird im Hinblick auf eine Vorrichtung dadurch gelöst, dass ein Modul für eine Rechnereinheit zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens Einsatz findet, auch als Kennwert-Auswahl-Modul, insbesondere Shore-Härten-Auswahlmodul zu bezeichnen. Dieses Modul ist einer Rechnereinheit mit entsprechender Handhabung, etwa über Displays zugewiesen, die mit entsprechenden Daten gefüttert wird, was etwa die Ausbildung und Formgebung der Vorlage, gewünschte Härtegrade der gesamten Sohle oder Teile von dieser betrifft. Die Rechnereinheit generiert dann die endgültige Vorlage unter Berücksichtigung dieser Anforderungen und es erfolgt die Weitergabe an eine Druckeinheit bzw. die Umwandlung dieser Daten in Befehle für den 3D-Druck als bevorzugter Applikation.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Einlage für einen Schuh mit unterschiedlichen Shore-Härten geschaffen ist, die damit jedem Fuß individuell anpassbar ist. Dazu erfolgt rechnerseitig eine Einteilung in feine Raster von z.B. 5 mm × 5 mm × 5 mm, was an jedem einzelnen Punkt der Einlage realisiert werden kann. Dabei sind keine Übergänge zwischen den Härtegraden spürbar. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll insbesondere das anspruchsvolle Drucken von weichen Strukturen und Materialien vereinfacht werden. Ziel dabei ist, eine verkaufsfertige, gedruckte Einlage zu erhalten, die ohne Nachbearbeitung an den Kunden abgegeben werden kann. Im Falle der Verwendung der 3D-Druck-Technologie ist eine Dezentralisierung des Prozesses der Einlagenfertigung möglich und diese können letztlich außerhalb von Werkstatträumen gedruckt werden, wozu sie mit den Daten als Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens versorgt werden.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
- 1 eine Einlage in Seitenansicht
- 2 eine Einlage in Draufsicht
- 3 eine Einlage mit einem Bereich abweichender Shore-Härte
- 4 eine Einlage mit einem Ausschnitt
- 5 eine Einlage mit einem Teilbereich veränderter Shore-Härte
- 6 eine Einlage mit einem gesamten Bereich veränderter Shore-Härte
- 7 eine Variante zu 6
- 8 eine Variante zu 5
- 9 eine Einlage mit durchgehender Shore-Härte
- 10 eine Einlage von oben
- 11 eine Einlage
- 12 eine Variante zu 11
- 13 eine weitere Variante zu 11
- 14 eine Einlage mit Bereichen unterschiedlicher Härte in Seitenansicht und
- 15 eine Einlage mit Bereichen unterschiedlicher Härte in Draufsicht
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1 zeigt eine Einlage 1 mit der Pelotte 2, einer vorderen Tieferlegung 3 und einer hinteren, leichteren Tieferlegung 4 für eine Polsterung in Seitenansicht.
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In Draufsicht zeigt 2 die Einlegesohle 1 mit Pelotte 2, vorderer Tieferlegung 3 und der hinteren, leichteren Tieferlegung 4 für die Polsterung.
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In 3 ist neben wiederum der Pelotte 2 und den Tieferlegungen 3 und 4 der Bereich 7 dargestellt, der eine von der übrigen Einlage 1 abweichende Härte aufweist. Dabei sieht man in 3, dass im Bereich 7 gemäß der beispielhaften Raster 13, 14 die Shore-Härte verändert ist, d.h. damit wird für einen Teilbereich 7 der Einlage 1 die Shore-Härte definiert.
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Dies ist in Verbindung mit 4 zu sehen, der Ausschnitt 5 in Form eines Kastens 6 mit beispielhaften Rastern 15, 16 veranschaulicht, wie man einen Ausschnitt 5 mit einem Kasten 6 versehen, aufrufen und individuell anpassen bzw. verändern kann. Möglich ist es, dass ein Kasten aufgezogen und explizit für diesen eine Shore-Härte festgelegt wird. Die Shore-Härte wird damit über den gesamten Bereich der Einlage 1 verteilt. Man ruft dann rechnerseitig den Bereich auf, den es durch die Raster zu visualisieren gilt.
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Dazu zeigt 5 eine Einlage 1 in Rasterdarstellung nach der sog. Point-Cloud als Ansammlung von Rastern 17, 18, 19. Wird ein entsprechendes Raster 17, 18, 19 ausgewählt, wird nur die Einlagenoberseite 8 im Bereich der sog. Point-Cloud dargestellt. Die Raster 17, 18, 19 weisen eine bevorzugte Ausbildung von 5 mm × 5 mm × 5 mm auf.
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Anders dann in 6. Man erkennt das Raster 17, 18, 19 für die gesamte Einlage 1 in der Wiedergabe als Point-Cloud. Dies hat dann eben einen Einfluss auf die Auswahl bei Festlegung der verschiedenen Shore-Härten. Man kann dann für die gesamte Einlage eine bevorzugte Shore-Härte festlegen und nicht nur für die Oberseite 8 wie in 5 gezeigt.
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Dies ist dann auch in 7 und 8 entsprechend mit auf den jeweiligen Raster 20 bis 26 abgestimmter Farbgebung zu erkennen. In 7 sind drei Raster beispielhaft mit den Bezugszeichen 20, 21, 22 versehen, in 8 mit den Bezugszeichen 24, 25, 26.
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9 zeigt eine Einlage 1 konstanter Shore-Härte mit folglich durchgehender Farbgebung der Raster 27, 28, 29 etc.
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10 zeigt eine Einlage 1 mit Pelotte 2, Tieferlegung 3 und der leichteren Tieferlegung 4 sowie einem Ausschnitt 5, in der Darstellung nach 10 von oben betrachtet. Man kann einen solchen Abschnitt 5 mit einem Kasten 6 versehen und aufrufen und kann dann feststellen, dass in diesem Bereich die Shore-Härte ggf. verändert ist, so dass für einen solchen Ausschnitt 5 ein Teilbereich der Einlage 1 per Shore-Härte definiert wird.
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Daneben zeigt 11 eine Einlage 1 mit Pelotte 2 mit der Möglichkeit, für die Sohlenmodelle die Shore-Härte für unterschiedliche Bereiche separat einzustellen und es darüber hinaus möglich zu machen, die Gradierung für die Modelle zu verändern, d.h. zu vergrößern oder zu verkleinern. Eine solche kleinere Gradierung 12 zeigt 11, eine größere dagegen 12.
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13 stellt eine Einlage 1 dar, wobei die Pelotte 2 sowohl größer als auch kleiner gradiert wurde.
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Schließlich zeigen 14 und 15 eine Einlegesohle 1, bei der unterschiedliche Bereiche unterschiedliche Shore-Härten aufweisen. Diese sind mit den Bezugszeichen 30 bis 37 versehen. Zu nennen sind wiederum die Pelotte 2, 31, die vordere Tieferlegung 3, 32 und die hintere, leichtere Tieferlegung 4, 30.
