Verfahren zur Herstellung einer Fußbekleidung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Fußbekleidung.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Modul für eine Rechnereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Die Erfindung betrifft schließlich eine dreidimensionale Struktur, insbesondere eine Fußbekleidung oder einen Teil einer Fußbekleidung wie Einlagen, Fußbettungen, Einlegesohlen, Modelle, Schuhböden etc..

Gutes Schuhwerk genießt aus gesundheitlichen, d.h. insbesondere aus orthopädischen Gründen, eine besondere Bedeutung. Die 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 Kennwertbereiche abzubilden. So müssen zusätzliche Polsterungen oder Abstützungen unter großem Aufwand und nachträglich in die Einlage eingearbeitet werden. Auf diese Art hergestellte Einlagen etc. bedürfen schließlich immer noch einer Nachbearbeitung, bevor sie in den Schuh gelegt werden können. Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein auf den jeweiligen Nutzer zugeschnittenes Verfahren zur Herstellung einer Fußbekleidung oder Teilen einer Fußbekleidung oder anderen Applikationen eines Schuhs und ein Modul für eine Rechnereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.

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.

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. Dabei steht die Individualisierung der Sitzfläche unter optimaler Verteilung individueller Materialkennwerte im Vordergrund.

Eine zentrale Applikation der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge in Form von Fußbekleidung und Teilen davon, insbesondere auf Schuhe, Fußbettungen für Schuhe, Schuhböden, Modelle, Einlegesohlen,

Einlagen wie etwa Pelotte oder Tieferlegung. Entsprechend werden im Folgenden die genannten Waren unter dem Begriff Fußbekleidung oder deren Teil verstanden.

Nach einer beispielhaften Anwendung erfolgt die Herstellung durch Aufträgen von Material Schicht für Schicht. Dies geschieht etwa dadurch, dass das Werkstück durch Erhitzen eines Werkstoffes auf eine Arbeitstemperatur unter Entstehung einer Werkstoffschmelze und schichtweises Aufträgen einer Schicht der Werkstoffschmelze auf das herzustellende Werkstück hergestellt wird. 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 erhitzt und dem Extruder zugeführt. Insofern können über Bewegungen räumliche Strukturen abgefahren werden, die von Skulpturen zu sehr komplexen Konstruktionen führen. Ein weiteres bevorzugtes Verfahren betrifft das selektive Lasersintern als Alternative zu dem beschriebenen.

Ergänzend ist es zweckmäßig, wenn eine Vorlage für eine Fußbekleidung oder Teile davon in eine Vielzahl von dreidimensionalen Rastern unterteilt wird bzw. wenn eine solche Vorlage in eine Vielzahl von gleich bauenden Rastern unterteilt wird, auch mit Blick auf einen somit geschaffenen Standard.

Die vorliegende Erfindung zielt, wie gerade angesprochen, auf eine Fußbekleidung bzw. Teile davon 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 zum einen um die Härte, zweckmäßigerweise die Shore-Härte von Fußbekleidung bzw. Teile von dieser, zum anderen auch um die Materialkennwerte Dämpfung und Rückstellkraft. Derartige Werkstücke zeichnen sich durch optimierte Steifigkeit, Festigkeit und vor allem Härte sowie eine gezielte Polsterung und einer damit verbundenen Entlastung aus.

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 etc. die Shore-Häre für unterschiedliche Bereiche, ja sogar für bestimmte einzelne Raster separat einzustellen und zwar sogar übergangslos.

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 etc. integriert werden mussten, können in einem ersten Arbeitsschritt mit produziert werden. Auch eine nachträgliche Einarbeitung in die Einlage ist nicht mehr notwendig.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Raster in einer Auflösung von ca. 2 mm x 2 mm x 2 mm bis 15 mm x 15 mm x 15 mm angelegt werden, bevorzugterweise in einer Auflösung von 3 mm x 3 mm x 3 mm bis 8 mm x 8 mm x 8 mm.

Optimiert werden können diese Raster in Hinblick auf die Dimensionierung von Sohlen etc. und Rastern, wenn die Raster in einer Auflösung von 5 mm x 5 mm x 5 mm und folglich in Form eines Würfels oder auch eines Quaders angelegt werden.

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.

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 relativ hell abzubilden und vergleichsweise harte Raster oder Rasterabschnitte relativ dunkel. Durch eine Auswahl des Shore- Härte-Grades sieht man eine Veränderung in der Farbe in dem Raster entsprechend der Fußbekleidung bzw. des Teils von dieser.

Selbstverständlich sollen die einzelnen Raster bzw. Rastergruppen auch isoliert betrachtet und, was ihre Flärte 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.

In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, wenn für den betreffenden Ausschnitt die Härte sämtlicher Raster erfasst wird.

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.

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.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird außerdem durch ein dreidimensionales Werkstück, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, gelöst.

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 x 5 mm x 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. Zusätzlich kann ausgewählt werden, ob die Einlage eine offene oder eine geschlossene Bodenschicht haben soll, je nach Einsatzgebiet kann hier entschieden werden. Eine geschlossene Unterseite ist z. B. wichtig für Diabetes adaptierte Fußbettung und eine offene Unterseite erhöht hingegen die Luftdurchlässigkeit. Zusätzlich kann durch das Raster die Sandwichbauweise z. B. im Bereich der Diabetes adaptierten Fußbettungen umgesetzt werden. Das bedeutet, dass die Schichten von hart/fest an der Einlagenunterseite zum Fuß hin immer weicher werden. Dazu können die Schichten der Einlage in der Seitenansicht ausgewählt und dementsprechend ein Härtegrad zugewiesen werden.

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. 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:

Figur 1 eine Einlage in Seitenansicht

Figur 2 eine Einlage in Draufsicht

Figur 3 eine Einlage mit einem Bereich abweichender Shore-Flärte

Figur 4 eine Einlage mit einem Ausschnitt

Figur 5 eine Einlage mit einem Teilbereich veränderter Shore-Flärte

Figur 6 eine Einlage mit einem gesamten Bereich veränderter Shore- Flärte

Figur 7 eine Variante zu Figur 6

Figur 8 eine Variante zu Figur 5

Figur 9 eine Einlage mit durchgehender Shore-Flärte

Figur 10 eine Einlage von oben

Figur 11 eine Einlage

Figur 12 eine Variante zu Figur 11

Figur 13 eine weitere Variante zu Figur 11

Figur 14 eine Einlage mit Bereichen unterschiedlicher Flärte in

Seitenansicht und

Figur 15 eine Einlage mit Bereichen unterschiedlicher Flärte in Draufsicht Figur 1 zeigt eine Einlage 1 mit der Pelotte 2, einer vorderen Tieferlegung 3 und einer hinteren, leichteren Tieferlegung 4 für eine Polsterung in Seitenansicht.

In Draufsicht zeigt Figur 2 die Einlegesohle 1 mit Pelotte 2, vorderer Tieferlegung 3 und der hinteren, leichteren Tieferlegung 4 für die Polsterung.

In Figur 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 Flärte aufweist. Dabei sieht man in Figur 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.

Dies ist in Verbindung mit Figur 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.

Dazu zeigt Figur 5 eine Einlage 1 in Rasterdarstellung nach der sog. Point- Cloud 22 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 x 5 mm x 5 mm auf.

Anders dann in Figur 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 Figur 5 gezeigt.

Dies ist dann auch in Figur 7 und 8 entsprechend mit auf den jeweiligen Raster 20 bis 26 abgestimmter Farbgebung zu erkennen. In Figur 7 sind drei Raster beispielhaft mit den Bezugszeichen 20, 21, 22 versehen, in Figur 8 mit den Bezugszeichen 24, 25, 26.

Figur 9 zeigt eine Einlage 1 konstanter Shore-Härte mit folglich durchgehender Farbgebung der Raster 27, 28, 29 etc. Figur 10 zeigt eine Einlage 1 mit Pelotte 2, Tieferlegung 3 und der leichteren Tieferlegung 4 sowie einem Ausschnitt 5, in der Darstellung nach Figur 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-Flärte ggf. verändert ist, so dass für einen solchen Ausschnitt 5 ein Teilbereich der Einlage 1 per Shore-Flärte definiert wird.

Daneben zeigt Figur 11 eine Einlage 1 mit Pelotte 2 mit der Möglichkeit, für die Sohlenmodelle die Shore-Flärte 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 Figur 11 , eine größere dagegen Figur 12. Für den ausgewiesenen Bereich kann entweder der gesamte Bereich bis zum Boden der Einlage ausgewählt werden oder die Wirktiefe durch die Eingabe eines Wertes oder durch Auswahl der jeweiligen Wirktiefe (Auswahl der Raster in der Seitenansicht) ausgewählt werden.

Figur 13 stellt eine Einlage 1 dar, wobei die Pelotte 2 sowohl größer als auch kleiner gradiert wurde.

Schließlich zeigen Figur 14 und 15 eine Einlegesohle 1 , bei der unterschiedliche Bereiche unterschiedliche Shore-Härten aufweisen. Diese sind mit den Bezugszeichen 30 bis 40 versehen. Zu nennen sind wiederum die Pelotte 2, 31, die vordere Tieferlegung 3, 32 und die hintere, leichtere Tieferlegung 4, 30. Durch die Auswahl der Raster in der Seitenansicht kann die Sandwich-Bauweise umgesetzt werden, das bedeutet unterschiedliche Shore-Härten in verschiedenen Ebenen der Einlagen 38, 39, 40.