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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh, ein Ethylen-Vinylacetat-Material sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Orthopädische Schuheinlagen (Orthopädieschuheinlagen, Einlegesohlen) werden von Orthopäden verordnet, um Fehlstellungen von Füßen zu korrigieren (z. B. Spreizfuß, Knickfuß, Plattfuß, Hohlfuß etc.). Je nach Fußform, die beispielsweise mittels eines Scanners oder mittels eines Gipsabdrucks bestimmt werden kann, sowie nach Diagnose des Orthopäden und nach Zweck der Einlage kann zwischen unterschiedlichen Schuheinlagen unterschieden werden. Korrektureinlagen stellen beispielsweise einen gewünschten oder ursprünglichen Zustand eines Fußes wieder her. Kopieeinlagen ermöglichen eine gleichmäßige Druckverteilung oder auch eine Entlastung. Weichbettungseinlagen dienen einer Dämpfung beim Auftritt und einer Vermeidung von Druckspitzen.
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Zur Herstellung solcher Einlegesohlen werden oft Ethylen-Vinylacetat-Schaumplatten (EVA-Schaumplatten) unterschiedlicher Härte miteinander zu einem Block verklebt. Aus diesem Block kann beispielsweise nach einem Zuschnitt eine Einlage herausgefräst werden. Dieser mehrschichtige Aufbau ermöglicht dabei eine bedarfsgerechte Herstellung der Orthopädieschuheinlage je nach benötigtem Zweck. Dieser Herstellungsprozess bedingt einen hohen Ausschuss, der bei bis zu 85 % bis 90 % des Materials liegen kann. Bei einem Gesamtverbrauch von ca. 50.000 t EVA-Schaum pro Jahr zu diesem Zweck führt dies zu einem Ausschuss von 42.500 t. Der Ausschuss wird dabei zumeist thermisch entsorgt.
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In der Fertigung von Schuhen und Kleidungsstücken werden immer öfter auch 3D-Druckverfahren eingesetzt. Beispielsweise wird in diesem Zusammenhang in
EP 3 285 989 B1 ein Verfahren zur Herstellung von 3D-Objekten beschrieben. Bei der Herstellung von dreidimensionalen Objekten, deren Außenflächen wenigstens einen Flächenabschnitt umfassen, der mittels eines additiven Fertigungsverfahrens erzeugt wird, sind folgende Schritte vorgesehen: Auftragen wenigstens eines aushärtbaren Polymers oder aushärtbaren Reaktionsharzes in fließfähiger Form als Materialbahnen auf eine plane Basisplatte mittels eines schichtaufbauenden Formgebungsverfahrens zum Erstellen einer ersten Schicht; Auftragen einer zweiten Schicht auf die erste Schicht mittels des gleichen oder eines anderen schichtaufbauenden Formgebungsverfahrens wie im vorangegangenen Schritt; optionales Auftragen von 1 bis 48 weiteren Schichten, wobei jeweils eine neue Schicht auf die jeweils vorherige Schicht aufgetragen wird; Aushärten der Schichten; Ablösen des ausgehärteten Flächenabschnitts von der planen Basisplatte; Formen des ausgehärteten Flächenabschnitts in ein dreidimensionales Objekt; und Fixieren des dreidimensionalen Objekts.
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Der vorliegenden Erfindung stellt sich ausgehend hiervon die Aufgabe des Verminderns der Abfallquote bei der Herstellung von Orthopädieschuheinlagen. Insbesondere soll ein Ansatz bereitgestellt werden, bei dem eine Fertigung individuell anpassbarer Schuheinlagen unter Vermeidung größerer Abfallmengen ermöglicht wird.
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Zum Lösen dieser Aufgabe betrifft die vorliegende Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh, mit:
- - einer Aufnahme zum Aufnehmen eines Ethylen-Vinylacetat (EVA)-Materials und eines Treibmittels;
- - einer gegenüber einem Druckbett beweglichen Druckdüse zum Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels auf eine Druckdüsentemperatur und zum Ausgeben des EVA-Materials und des Treibmittels auf das Druckbett in Form einer Einlegesohle oder eines Einlegesohlen-Vorformlings;
- - einer Zusatz-Wärmequelle zum weiteren Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels auf eine Aufschäumtemperatur über der Druckdüsentemperatur, um das EVA-Material und das Treibmittel zu einem EVA-Schaum aufzuschäumen; und
- - einer Steuereinheit zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse, um eine Härte der Einlegesohle oder des Einlegesohlen-Vorformlings anzupassen.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh, mit den Schritten,
- - Aufnehmen eines Ethylen-Vinylacetat (EVA)- Materials und eines Treibmittels;
- - Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels auf eine Druckdüsentemperatur und Ausgeben des EVA-Materials und des Treibmittels auf ein Druckbett in Form einer Einlegesohle oder eines Einlegesohlen-Vorformlings mittels einer gegenüber dem Druckbett beweglichen Druckdüse;
- - weiteres Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels auf eine Aufschäumtemperatur über der Druckdüsentemperatur mittels einer Zusatz-Wärmequelle, um das EVA-Material und das Treibmittel zu einem EVA-Schaum aufzuschäumen; und
- - Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse, um eine Härte der Einlegesohle oder des Einlegesohlen-Vorformlings anzupassen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein EVA-Material in Form eines Filaments mit einem eincompoundierten Treibmittel, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung wie zuvor beschrieben
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode zum Durchführen der Schritte des Verfahrens, wenn der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, das, wenn es auf einem Computer ausgeführt wird, eine Ausführung des hierin beschriebenen Verfahrens bewirkt.
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Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren sowie das Computerprogrammprodukt entsprechend der für die Vorrichtung in den abhängigen Ansprüchen beschriebenen Ausgestaltungen ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass eine Einlegesohle für einen Schuh, insbesondere eine Orthopädieschuheinlage, gedruckt wird. Hierfür ist es vorgesehen, dass ein EVA-Material zusammen mit einem Treibmittel mittels einer Druckdüse und einer Zusatz-Wärmequelle zu einem EVA-Schaum aufgeschäumt wird. Das EVA-Material und das Treibmittel bzw. der EVA-Schaum werden auf das Druckbett in Form einer Einlegesohle oder eines Einlegesohlen-Vorformlings ausgegeben. Erfindungsgemäß wird dabei die Zusatz-Wärmequelle und/oder die Druckdüse so angesteuert, dass eine Härte der Einlegesohle oder des Einlegesohlen-Vorformlings angepasst wird. Die Druckdüse selbst ist üblicherweise beheizbar, um das zu druckende Material auf eine Drucktemperatur vorzuheizen. Die Zusatz-Wärmequelle bewirkt eine zusätzliche Heizung über diese Temperatur hinaus. Durch ein Aufheizen über eine Aufschäumtemperatur des Treibmittels kommt es zu einem Aufschäumen. Die Aufschäumtemperatur ist dabei höher als die Druckdüsentemperatur und in Abhängigkeit des verwendeten Treibmittels zu wählen. Die Variation der Härte der Einlegesohle bzw. des Einlegesohlen-Vorformlings erfolgt basierend auf einer Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse. Insbesondere ist es möglich, dass eine Temperatur beim Aufheizen des EVA-Materials mittels der Zusatz-Wärmequelle vorgegeben wird oder auch eine Geschwindigkeit bei der Ausgabe bzw. eine Spurbreite der Ausgabe mittels einer Ansteuerung der Druckdüse variiert wird.
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Die Erfindung basiert darauf, dass ein konturnaher EVA-Schaum-Vorformling oder direkt eine Einlegesohle 3D-gedruckt wird. Aus diesem EVA-Schaum-Vorformling bzw. aus der gedruckten Einlegesohle kann dann ohne oder mit geringem Aufwand eine Orthopädieschuheinlage gefertigt werden. Aus dem Vorformling ist mit wenig Verschnitt ein Herausfräsen einer entsprechend geformten Orthopädieschuheinlage möglich. Die Einlegesohle muss ggf. nicht weiterbearbeitet werden. Erforderlich ist hierzu, dass eine Härte der Einlegesohle bzw. des Einlegesohlen-Vorformlings beim Druckvorgang angepasst wird. Insbesondere ist die Anpassung der Härte in unterschiedlichen Schichten möglich, um dabei entsprechend der bisherigen Ansätze des Verklebens von EVA-Schaumplatten unterschiedlicher Härte einen Schichtaufbau mit unterschiedlichen Härten zu erreichen. Es ist aber auch möglich, dass innerhalb einer Schicht Bereiche mit unterschiedlichen Härten gedruckt werden.
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Im Vergleich zur bisherigen Herstellung von Orthopädieschuheinlagen durch ein Verkleben von EVA-Schaumplatten unterschiedlicher Härten wird erfindungsgemäß durch das Drucken der Einlage selbst oder des Vorformlings die Abfallmenge deutlich reduziert. Im Vergleich zu bisherigen 3D-Druckansätzen im Bereich von Schuhen wird durch den Druck von EVA-Schaum eine einstellbare Härte in unterschiedlichen Bereichen bzw. in unterschiedlichen Schichten ermöglicht. Eine individuelle und effiziente Fertigung von Schuheinlagen wird bereitgestellt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Druckdüse zum Ausgeben des EVA-Materials und des Treibmittels auf das Druckbett in mehreren Schichten ausgebildet. Die Steuereinheit ist zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse ausgebildet, um eine erste Schicht mit einer ersten Härte und eine darüberliegende zweite Schicht mit einer zweiten Härte auszugeben. Durch die Unterscheidung der Härte zwischen zwei verschiedenen Schichten der Einlegesohle bzw. des Einlegesohlen-Vorformlings kann der bisherige Ansatz des Aufbaus einer entsprechenden Orthopädieschuheinlage aus mehreren EVA-Schaumplatten nachgebildet werden. Eine bedarfsgerechte Anpassung der Härte der Einlage wird ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Steuereinheit zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse ausgebildet, um verschiedene Härten in verschiedenen Bereichen der Einlegesohle oder des Einlegesohlen-Vorformlings herzustellen. Unter verschiedenen Bereichen verstehen sich dabei insbesondere nebeneinanderliegende Bereiche innerhalb derselben Ebene bzw. innerhalb derselben Schicht. Es werden also Bereiche unterschiedlicher Härte in unterschiedlichen Teilen der Einlegesohle realisiert. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich dabei hohe Freiheitsgrade, da eine entsprechende Ansteuerung der Druckdüse und/oder der Zusatz-Wärmequelle insoweit eine große Variation ermöglicht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Druckdüse zum Verändern einer Spurweite beim Ausgeben des EVA-Materials und des Treibmittels ausgebildet.
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Zusätzlich ist die Steuereinheit zum Vorgeben einer Spurweite der Druckdüse ausgebildet, um die Härte der Einlegesohle oder des Einlegesohlen-Vorformlings anzupassen. Insbesondere ist zur Variation der Härte eine Veränderung der Spurweite möglich. Unter einer Spurweite versteht sich dabei insbesondere ein Abstand zwischen zwei ausgegebenen Materialsträngen auf der Druckplatte. Je nach Abstand des ausgegebenen Materials kann ein mehr oder weniger umfassendes Aufschäumen und damit eine Beeinflussung der Härte des ausgegebenen Bauteils ermöglicht werden. Es ergibt sich eine effiziente Einstellung der Härte.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Scannerschnittstelle zum Empfangen eines Scanprofils eines Fußes mit Informationen zu einer Größe des Fußes. Dabei ist die Steuereinheit zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse basierend auf dem Scanprofil ausgebildet. Unter einem Scanprofil versteht sich dabei eine Angabe zu einem zwei- oder dreidimensionalen Aufbau des Fußes bzw. der Fußsohle. Beispielsweise kann der menschliche Fuß mittels eines Laserscanners abgetastet werden, um damit eine Kontur des Fußes zu vermessen. Ebenfalls ist aber auch eine Verwendung einer anderen Scannervorrichtung möglich, beispielsweise einer Vorrichtung zum Aufnehmen von Drücken an unterschiedlichen Stellen. Durch eine Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse basierend auf dem Scanprofil kann eine unmittelbare Individualisierung der hergestellten Einlegesohle bzw. des hergestellten Einlegesohlen-Vorformlings erreicht werden. Abfall wird weitestgehend vermieden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Benutzerschnittstelle zum Empfangen einer Bedienervorgabe, die insbesondere eine Sohlengröße und/oder eine Angabe eines Gewichts eines Menschen umfasst. Dabei ist die Steuereinheit zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse basierend auf der Bedienervorgabe ausgebildet. Eine Bedienervorgabe kann dabei beispielsweise durch eine Eingabe eines Bedieners über einen Touchscreen oder auch durch eine Eingabe auf einem an die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossenen Computer empfangen werden. Insbesondere ist es möglich, dass ein Bediener bzw. ein Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Sohlengröße oder auch eine Gewichtsangabe eines Menschen eingibt, um darauf basierend dann eine Einlegesohle bzw. einen Einlegesohlen-Vorformling zu fertigen. Insbesondere ist es möglich, dass die Härte basierend auf dieser Angabe angepasst wird. Es ergibt sich eine hohe Flexibilität und eine hohe Effizienz bei der Herstellung von Einlegesohlen bzw. Einlegesohlen-Vorformlingen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Benutzerschnittstelle zum Anbieten einer Auswahl an möglichen Optionen und zum Empfangen einer von dem Bediener gewählten Option ausgebildet. Die Steuereinheit ist zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse basierend auf der gewählten Option ausgebildet. Beispielsweise können Optionen hinsichtlich verschiedener Härtegrade oder auch verschiedener Größen angeboten werden und darauf basierend dann eine Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse erfolgen. Durch die Bereitstellung verschiedener Optionen wird für den Bediener eine hohe Flexibilität sowie eine einfache Bedienbarkeit geschaffen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zusatz-Wärmequelle hochdynamisch steuerbar. Zusätzlich oder alternativ umfasst die Zusatz-Wärmequelle eine Laser- und/oder Mikrowellenquelle zur Wärmeerzeugung. Zusätzlich oder alternativ ist die Zusatz-Wärmequelle zum weiteren Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels über eine Aufschäumtemperatur des Treibmittels hinaus ausgebildet (die Aufschäumtemperatur kann auch als Zersetzungstemperatur bezeichnet werden). Insbesondere kann ein energieeffizientes und schnell steuerbares Aufheizen des EVA-Materials mittels einer Laser- und/oder Mikrowellenquelle erfolgen. Hierbei ergibt sich insbesondere auch eine präzise und schnelle Steuerbarkeit hinsichtlich der verwendeten Temperatur. Durch eine präzise Temperaturregelung kann ein Härtegrad vorgegeben werden, um damit eine Härte der Einlegesohle bzw. des Einlegesohlen-Vorformlings vorzugeben. Durch eine schnelle Steuerbarkeit ergibt sich eine präzise Einstellbarkeit.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Zusatz-Wärmequelle zum Aufheizen des EVA-Materials und des Treibmittels in einem Bereich zwischen Druckdüse und Druckbett angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist die Zusatz-Wärmequelle in die Druckdüse integriert. Die Zusatz-Wärmequelle kann separat ausgebildet oder in die Druckdüse integriert sein. Insbesondere ist es möglich, dass der zusätzliche Wärmeeintrag im Bereich zwischen Druckdüse und Druckbett erfolgt. Die Anordnung der Zusatz-Wärmequelle ist dabei vorzugsweise in diesem Bereich. Es ergibt sich eine präzise Steuerbarkeit.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Aufnahme zum Aufnehmen eines EVA-Materials in Form eines Filaments mit einem eincompoundierten Treibmittel ausgebildet. Durch die Integration des Treibmittels in das Filament wird eine effiziente Verarbeitbarkeit erreicht. Der 3D-Druck kann mit leicht modifizierten Standard-Komponenten durchgeführt werden. Kosten werden eingespart.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Aufnahme zum Aufnehmen des EVA-Materials in Form eines Filaments mit mehreren eincompoundierten Treibmitteln mit unterschiedlichen Aufschäumtemperaturen ausgebildet. Die Zusatz-Wärmequelle kann dann durch eine Erwärmung auf unterschiedliche Temperaturen verschiedene Treibmittel zum Aufschäumen aktivieren bzw. verwenden. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle können als je nach gewählter Temperatur die verschiedenen Treibmittel gezielt zum Aufschäumen gebracht werden, um so beispielsweise ein mehr oder weniger starkes Aufschäumen zu bewirken. Hierdurch ergibt sich eine weitere Möglichkeit, die Härte der gedruckten Sohle bzw. des Vorformlings zu variieren. Insbesondere können in dieser Weise Schichten und/oder Bereiche in unterschiedlicher Härte erzeugt werden. Die Freiheitsgrade bei der Fertigung werden weiter erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen EVA-Materials umfasst dieses mehrere eincompoundierte Treibmittel mit unterschiedlichen Aufschäumtemperaturen.
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Hierin versteht sich unter einer Aufnahme insbesondere eine mechanische Einheit, die zum Aufnehmen und Bereitstellen eines EVA-Filaments ausgebildet ist. Zudem ist die Aufnahme zum Aufnehmen des Treibmittels beispielsweise in verpackter Form in einer Flasche oder ähnlichem ausgebildet. Ebenfalls ist eine Aufnahme eines Filaments mit eincompoundiertem Treibmittel möglich. Das Treibmittel wird flüssig oder fest oder in eincompoundierter Form bereitgestellt. Das Druckbett dient zum Aufnehmen des gedruckten Objekts und kann beispielsweise auch beheizt sein. Die Druckdüse ist gegenüber dem Druckbett beweglich. Dies bedeutet, dass zumindest eine der beiden Einheiten, also das Druckbett oder die Druckdüse, beweglich gelagert ist. Vorzugsweise ist das Druckbett beweglich. Es ist auch möglich, dass beide beweglich sind. Durch eine Relativbewegung kann ein Drucken räumlich ausgedehnter Objekte erfolgen. Die Steuereinheit ist insbesondere in Form eines Mikroprozessors ausgebildet. Es versteht sich, dass ein Teil der Funktionen der Steuereinheit auch von einem Computer ausgeführt werden können. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als 3D-Drucker ausgebildet sein bzw. in einen solchen integriert sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh mit einem EVA-Material in Form eines Filaments;
- 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen EVA-Materials;
- 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
- 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Zur Herstellung von Orthopädieschuheinlagen werden zumeist extrudierte Ethylen-Vinylacetat-Schaumplatten unterschiedlicher Härte verklebt. Aus einem quaderförmigen Block wird dann eine Einlage herausgefräst, was zu hohen Abfallmengen führt. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, entweder direkt eine Orthopädieschuheinlage oder einen konturnahen EVA-Schaum-Vorformling mittels eines 3D-Druckers zu drucken. Dies bewirkt, dass entweder nur wenig oder gar kein Verschnitt bzw. Abfall entsteht. Falls die Druckqualität ausreichend ist, kann direkt eine entsprechende Einlegesohle gedruckt werden. Um die Härte der Einlegesohle einstellbar zu machen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass EVA-Schaum gedruckt wird. Insbesondere ist eine schichtweise variierende Härte der gedruckten Einlegesohle oder des gedruckten Einlegesohlen-Vorformlings einstellbar. Insbesondere kann die Härte des EVA-Schaums erfindungsgemäß über zwei Verarbeitungsparameter eingestellt werden: eine Temperatur des Schaums sowie eine Spurweite beim Drucken.
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In der 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Herstellen einer Einlegesohle 12 für einen Schuh dargestellt dargestellt. Die Vorrichtung 10 kann insbesondere einem 3D-Drucker entsprechen. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Aufnahme 14, in der ein filamentförmiges EVA-Material 16 mit einem darin eincompoundierten Treibmittel 18 aufgenommen ist. Es versteht sich, dass alternativ zur dargestellten filamentförmigen Versorgung auch andere Versorgungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung denkbar sind. Das EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 werden im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels eines Filamenteinzugs 20 einer Druckdüse 22 (auch als Druckkopf bezeichnet) zugeführt. Die Druckdüse 22 ist beheizbar, um das EVA-Material 16 sowie das Treibmittel 18 auf eine Druckdüsentemperatur aufzuheizen. Über die Druckdüse 22 werden das EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 auf ein Druckbett 24 ausgegeben. Dabei sind Druckdüse 22 und Druckbett 24 gegenüber einander beweglich, sodass die Ausgabe des Materials in Form einer Einlegesohle oder eines Einlegesohlen-Vorformlings erfolgen kann.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das gedruckte Objekt eine Einlegesohle 12.
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Um ein Aufschäumen des EVA-Materials 16 zu erreichen, ist eine Zusatz-Wärmequelle 26 vorgesehen, die das EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 auf eine Aufschäumtemperatur weiter aufheizt. Die Aufschäumtemperatur liegt dabei über der Druckdüsentemperatur und bewirkt ein Aufschäumen des EVA-Materials 16. Das EVA-Material 16 wird aufgrund der gegenüber der Druckdüsentemperatur erhöhten Aufschäumtemperatur erst nach Verlassen der Druckdüse 22 aufgeschäumt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zusatz-Wärmequelle 26 als Laser ausgebildet, der das ausgegebene EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 in einem Bereich zwischen Druckdüse 22 und Einlegesohle 12 weiter erhitzt. Relevant ist dabei insbesondere, dass die Zusatz-Wärmequelle 26 schnell bzw. dynamisch steuerbar ist. Verwendet werden kann beispielsweise auch eine Mikrowellen-Wärmequelle.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist es insbesondere möglich, die Härte des hergestellten Objekts, also der Einlegesohle 12 oder Einlegesohlen-Vorformlings, schichtweise anzupassen. Denkbar ist jedoch ebenfalls eine unterschiedliche Härte in nebeneinanderliegenden Bereichen der Einlegesohle 12 bzw. der Einlegesohlen-Vorformlings. Über die erfindungsgemäße Anpassung der Schaumhärte kann eine Härtenanpassung durch eine intrinsische Morphologie-Veränderung des Materials vorgenommen werden. Im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen zum Einstellen der Härte einer Einlegesohle bzw. eines Einlegesohlen-Vorformlings werden keine Füllmaterialien benötigt, die in einem Recyclingprozess möglicherweise störend wären. Der erfindungsgemäße Ansatz führt zudem zu einer Materialersparnis beim Herstellen von Orthopädieeinlegesohlen.
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Die Einstellung der Härte der Einlegesohle 12 oder des Einlegesohlen-Vorformlings erfolgt mittels einer Steuereinheit 28, über die die Zusatz-Wärmequelle 26 und/oder die Druckdüse 22 angesteuert wird. Die Steuereinheit 28 kann dabei in einen 3D-Drucker integriert sein. Ebenfalls ist es aber auch möglich, dass die Steuereinheit 28 teilweise oder vollständig als Teil eines Steuer-PCs ausgebildet ist. Insoweit kann eine erfindungsgemäße Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle 26 und/oder der Druckdüse 22 auch mittels eines entsprechenden Steuer-PCs bzw. mittels einer entsprechenden Steuersoftware vorgenommen werden.
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Zum einen kann eine Einstellung der Härte durch eine Anpassung der Erhitzung durch die Zusatz-Wärmequelle 26 erreicht werden. Mittels der Zusatz-Wärmequelle 26 wird das Filament mit dem chemischen Treibmittel 18 über die Druckdüsentemperatur hinaus erhitzt. Je nach Einstellung der Temperatur ergibt sich eine unterschiedliche Schaumhärte, insbesondere aufgrund einer unterschiedlichen Aufschäumung. Die Wahl einer geringeren Filamenttemperatur während des Aufheizens bedingt eine geringere Schaumtemperatur. Dies führt wiederum zu einer höheren Viskosität des EVA-Schaums beim Schäumen, was zu einem schwereren Fließen des EVAs und somit zu kleineren Poren führt. Bei einer Temperaturerhöhung geht es im Gegensatz dazu in die andere Richtung, sodass über eine geringere Viskosität und ein verbessertes Fließen größere Poren erreicht werden.
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Zum anderen ist es auch möglich, die Härte durch eine Anpassung der Spurweite beim Drucken einzustellen. Hierzu kann eine Ansteuerung der Druckdüse 22 vorgenommen werden, um die Spurweite anzupassen. Insbesondere ergibt sich insoweit eine Möglichkeit, die Menge des eingebrachten Materials bezogen auf die Fläche zu variieren. Mehr Material bewirkt dabei eine größere Dichte und insoweit eine größere Steifigkeit bzw. höhere Härte.
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In der 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Aufnahme 14, eine Druckdüse 22, eine Zusatz-Wärmequelle 26, eine Steuereinheit 28, eine (optionale) Scannerschnittstelle 30 sowie eine (optionale) Benutzerschnittstelle 32.
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Über die Scannerschnittstelle 30 kann ein Scanprofil eines Fußes eines Menschen mit Informationen zu einer Größe des Fußes empfangen werden. Beispielsweise kann das Scanprofil von einer entsprechenden Scaneinrichtung empfangen werden, die automatisch ein Profil, also ein Computerabbild des Fußes einliest. Das Profil kann dann als Basis zum Ansteuern der Zusatz-Wärmequelle 26 verwendet werden, um basierend auf dem Profil eine Härte einzustellen. Ebenfalls ist es möglich, dass die Druckdüse 22 basierend auf dem Scanprofil angesteuert wird. Beide Optionen dienen dazu, in möglichst weitgehend automatisierter Weise eine Einlegesohle bzw. einen Einlegesohlen-Vorformling herzustellen.
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Über die Benutzerschnittstelle 32 kann mit einem Benutzer bzw. Bediener der Vorrichtung 10 kommuniziert werden. Beispielsweise kann ein Touchscreen-Display vorgesehen sein, um dem Bediener eine Auswahl an möglichen Optionen anzubieten. Die Steuereinheit 28 kann eine Ansteuerung der Zusatz-Wärmequelle 26 bzw. der Druckdüse 22 basierend auf der gewählten Option vornehmen. Durch die Anbietung unterschiedlicher Optionen für einen Bediener ergibt sich eine wesentlich vereinfachte Bedienbarkeit. Beispielsweise kann aus einer vorgefertigten Auswahl verschiedener Schuhgrößen eine entsprechende Wahl getroffen werden, um in einfacher Weise eine Fertigung einer Einlegesohle zu erreichen. Insoweit kann der EVA-Schaum-Drucker bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 basierend auf festeingestellten Setups zum Drucken von Schauplatten bedient werden. Dies ist insbesondere möglich, weil nur eine begrenzte Anzahl von Geometrien zu drucken sind. Auf die Verwendung eines Computers und einer Slicer-Software, wie bisher beim 3D-Druck, kann daher gegebenenfalls verzichtet werden. Der Orthopädieschuhmacher oder ein anderer Benutzer bzw. Bediener kann sehr bedienerfreundlich direkt am Drucker den gewünschten Schaum-Vorformling auswählen und drucken lassen.
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In der 3 ist schematisch ein erfindungsgemäßes EVA-Material 16 mit einem Treibmittel 18 dargestellt. Dargestellt ist insbesondere eine Spule 34, auf die das EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 in Form eines Filaments aufgewickelt sind. In das EVA-Filament wird ein Treibmittel eincompoundiert. Als Treibmittel kann beispielsweise Azodicarboxamid (C2H4N4O2) vorgesehen sein. Der Prozess zum Eincompoundieren des Treibmittels 18 in das EVA-Material 16 kann dabei beispielsweise wie folgt ausgeführt werden: Das EVA-Material 16 und das Treibmittel 18 (als Masterbatch-Filament) werden getrennt in einen Extruder dosiert, erweicht und als Filament ausgetragen. Das abgekühlte Filament wird im Heizkopf des 3D-Druckers über die Zersetzungstemperatur des Treibmittels erwärmt. Die expandierende Schmelze wird über die Düse auf das Druckbett gefördert. Grundsätzlich ist die Verwendung mehrerer verschiedener Treibmittel in einem Filament denkbar, die zu unterschiedlichen Aufschäumergebnissen führen. Beispielsweise können Treibmittel mit unterschiedlichen Zersetzungstemperaturen (Aufschäumtemperaturen) verwendet werden. Je nach Temperatur beim Erwärmen können die Treibmittel dann selektiv aktiviert werden. In dieser Weise können temperaturgesteuert verschiedene Aufschäumergebnisse erzielt werden.
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In der 4 ist schematisch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh dargestellt. Insbesondere ist ein Gehäuse 36 eines 3D-Druckers dargestellt, wobei die Vorrichtung 10 selbst innerhalb des Gehäuses 36 hinter einer Schutzscheibe angeordnet ist. Durch den Schutz innerhalb eines Gehäuses 36 wird ein sicherer Herstellungsprozess erreicht. Insbesondere wird ermöglicht, dass auch unerfahrenes Personal, wie beispielsweise Orthopädieschuhmacher, ohne Gefahr eine Einlegesohle herstellen können.
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In der 5 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Einlegesohle für einen Schuh dargestellt. Das Verfahren umfasst Schritte des Aufnehmens S10 eines EVA-Materials und eines Treibmittels, des Aufheizens S12 des EVA-Materials und des Treibmittels, des Ausgebens S14 des EVA-Materials und des Treibmittels, des weiteren Aufheizens S16 des EVA-Materials und des Treibmittels sowie des Ansteuerns S18 der Zusatz-Wärmequelle und/oder der Druckdüse. Das Verfahren kann beispielsweise in Software implementiert sein und auf einem Steuercomputer eines 3D-Druckers ausgeführt werden.
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Die Erfindung wurde anhand der Zeichnungen und der Beschreibung umfassend beschrieben und erklärt. Die Beschreibung und Erklärung sind als Beispiel und nicht einschränkend zu verstehen. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Ausführungsformen oder Variationen ergeben sich für den Fachmann bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung sowie bei einer genauen Analyse der Zeichnungen, der Offenbarung und der nachfolgenden Patentansprüche.
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In den Patentansprüchen schließen die Wörter „umfassen“ und „mit“ nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Schritte aus. Der undefinierte Artikel „ein“ oder „eine“ schließt nicht das Vorhandensein einer Mehrzahl aus. Ein einzelnes Element oder eine einzelne Einheit kann die Funktionen mehrerer der in den Patentansprüchen genannten Einheiten ausführen. Ein Element, eine Einheit, eine Vorrichtung und ein System können teilweise oder vollständig in Hard- und/oder in Software umgesetzt sein. Die bloße Nennung einiger Maßnahmen in mehreren verschiedenen abhängigen Patentansprüchen ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht ebenfalls vorteilhaft verwendet werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem nichtflüchtigen Datenträger gespeichert/vertrieben werden, beispielsweise auf einem optischen Speicher oder auf einem Halbleiterlaufwerk (SSD). Ein Computerprogramm kann zusammen mit Hardware und/oder als Teil einer Hardware vertrieben werden, beispielsweise mittels des Internets oder mittels drahtgebundener oder drahtloser Kommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Patentansprüchen sind nicht einschränkend zu verstehen.
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Bezugszeichen
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Einlegesohle
- 14
- Aufnahme
- 16
- EVA-Material
- 18
- Treibmittel
- 20
- Filamenteinzug
- 22
- Druckdüse
- 24
- Druckbett
- 26
- Zusatz-Wärmequelle
- 28
- Steuereinheit
- 30
- Scannerschnittstelle
- 32
- Benutzerschnittstelle
- 34
- Spule
- 36
- Gehäuse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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