Verfahren zur Herstellung einer Sitzvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur, insbesondere einer Sitzvorrichtung oder Teilen einer Sitzvorrichtung wie eines Sitzes, eines Sattels, von Sitz- und Rückenformteilen, Sitzoberflächen, Modellen oder Pads.

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

Die Erfindung betrifft schließlich ein dreidimensionales Werkstück, insbesondere eine Sitzvorrichtung oder Teile einer Sitzvorrichtung wie Sitze, Sattel, Sitz- und/oder Rückenformteile, Sitzoberflächen, Modelle oder Pads. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sitzvorrichtungen oder Teile von

Sitzvorrichtungen. Darunter werden beispielhaft Sitze, Sattel, insbesondere Fahrradsattel, Sitz- oder Rückenformteile, Sitzoberflächen, Modelle oder Pads, Sitze von Sportgeräten, insbesondere Rudersitze verstanden, ebenso Stühle wie etwa Roll- oder Bürostühle, Pelotten oder Tieferlegung.

Sitzkomfort nimmt in unterschiedlichen Bereichen des Alltags, im Büro, im privaten Haushalt, im Sport etc. immer mehr an Bedeutung. So spielt die Schnittstelle zwischen Köper und Sportgerät im Bereich des Sports eine wichtige Rolle bei der Performance. Im täglichen Leben nehmen die sitzenden Tätigkeiten nachweislich zu. Auch hier spielt der Faktor Sitzkomfort mitunter eine wichtige Rolle. Zuletzt genießen der Sitzkomfort und eine gleichmäßige Druckverteilung eine besondere Bedeutung auch aus gesundheitlichen und insbesondere aus orthopädischen Gründen, z. B. beim Einsatz von Rollstühlen. Die Anpassbarkeit der Sitzfläche an die Anatomie des menschlichen Beckens erfüllt dabei eine zentrale Zielvorgabe. Bisher sind die Möglichkeiten der Anpassung von Sitzflächen durchaus überschaubar. Ein Großteil dieser Sitzflächen werden über Gussformen und entsprechende Gel- oder Kunststoffschäume hergestellt. Durch aufwendige Verfahren können unterschiedlich verdichtete Elastomere miteinander kombiniert werden. Dabei steht die Individualität für den einzelnen Nutzer noch eher im Hintergrund. Teilweise werden Sitzflächen aus EVA-Blöcken individuell gefräst und sind in unterschiedlichen Shore-Härten verfügbar. Dabei ist man allerdings auf die verschiedenen Materialstärken angewiesen, um Kennwertebereiche abzubilden. So müssen z. B. zusätzliche Polsterungen oder Abstützungen unter großem Aufwand und nachträglich in die Sitzfläche eingearbeitet werden.

Damit stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, ein auf den jeweiligen Nutzer zugeschnittenes Verfahren zur Herstellung einer Sitzvorrichtung oder Teile von Sitzvorrichtungen 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 Sitzvorrichtung bieten und eine perfekte Vorlage unter optimaler Verteilung individueller Materialkennwerte für die spätere Produktion im großen Stil geschaffen ist. Dabei steht die Individualisierung der Sitzfläche im Vordergrund. Nach einer beispielhaften Anwendung wird das Werkstück durch Aufträgen von Material Schicht für Schicht hergestellt. Dies geschieht in 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 über einen Extruder-Druckkopf erhitzt und über dem Extruder zugeführt. So 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.

Gedacht ist dabei insbesondere an Werkstücke in Form einer Sitzfläche als bevorzugte Anwendung. Eine solche bezieht sich ebenfalls auf ein Modell auf der Sitzfläche, z. B. Pelotte oder Tieferlegung. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Vorlage für eine Sitzvorrichtung oder Teilen davon in eine Vielzahl von Rastern unterteilt wird, wodurch sich eine besonders vorteilhafte, effektive und sichere Verteilung der Materialkennwerte über das Werkstück ergibt.

Ergänzend ist es zweckmäßig, wenn die Sitzvorrichtung oder Teile davon 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 den somit geschaffenen Standard.

Die vorliegende Erfindung zielt, wie gerade angesprochen, maßgeblich auf eine Sitzvorrichtung 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 Sitzvorrichtungen und Teilen von diesen, zum anderen auch um die Materialkennwerte Dämpfung und Rückstellkraft. Derartige Werkstücke zeichnen sich durch optimale Steifheit, 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 Sitzvorrichtungen oder Teile von Sitzvorrichtungen 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 die Sitzvorrichtung verteilt, erreicht werden, indem eben letztlich jedes Raster individuell angesprochen werden kann. Zusätzliche Polsterungen oder Abstützungen, die bisher unter großem Aufwand in die Sitzvorrichtungen integriert werden mussten, können in einem ersten Arbeitsschritt mit produziert werden. Auch eine nachträgliche Einarbeitung in die Sitzfläche ist nicht mehr notwendig.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass die Raster in einer Auflösung von ca. 1 mm x 1 mm x 1 mm bis 10 mm x 10 mm x 10 mm angelegt werden, noch bevorzugterweise in einer Auflösung von ca. 3 mm x 3mm x 3mm bis 8 mm x 8 mm x 8 mm. Optimiert werden können diese Raster in Hinblick auf die Dimensionierung von Sitzvorrichtungen oder Teilen von diesen, 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 vergleichsweise dunkel. Durch eine Auswahl des Shore-Härte-Grades sieht man eine Veränderung in der Farbe in dem Raster entsprechend der Sitzfläche.

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 Sitzvorrichtung 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 Sitzvorrichtung 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 Sitzvorrichtung oder von der Seite her eine Vergrößerung dieses Ausschnitts zweckmäßigerweise einher.

Dass für den betreffenden Ausschnitt von oben eine Wirktiefe definiert wird, ist dann Gegenstand einerweiteren Ausführungsform.

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 Sitzfläche 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 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren, gelöst.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren zur Herstellung einer Sitzvorrichtung oder -fläche mit unterschiedlichen Shore- Härten geschaffen ist, die jedem Gesäß 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 Sitzfläche 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 gedruckte Sitzvorrichtung oder Teile einer solchen zu erhalten, die ohne Nachbearbeitung in ein bestehendes Produkt, z. B. in die Unterkonstruktion eines Sattels oder eines Rollstuhls integriert werden kann. 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 einen Sattel in Draufsicht

Figur 2 einen Sattel in Seitenansicht

Figur 3 einen Sattel mit einem Bereich abweichender Shore-Flärte in Draufsicht

Figur 4 einen Sattel mit einem Bereich abweichender Shore-Flärte in Seitenansicht

Figur 5 einen Sattel mit einem Teilbereich abweichender Shore-Flärte in Seitenansicht

Figur 6 einen Sattel mit einer durchgehend gleichen Shore-Flärte in Seitenansicht

Figur 7 einen Sattel mit Bereichen unterschiedlicher Shore-Flärte in Draufsicht

Figur 8 einen Sattel mit Bereichen unterschiedlicher Shore-Flärte in Draufsicht

Figur 9 einen Sattel mit Bereichen unterschiedlicher Shore-Flärte in Draufsicht

Figur 10 eine anatomisch angeformte Sitzfläche mit zwei Bereichen abweichender Shore-Flärte in Draufsicht

Figur 11 eine Sitzfläche für einen Rudersitz in Seitenansicht und

Figur 12 die Sitzfläche nach Figur 11 mit einer schichtweisen Änderung der Shore-Flärten in Seitenansicht. Figur 1 zeigt einen als Fahrradsattel ausgebildeten Sattel 1, mit drei Bereichen 2, 3, 4 für eine Polsterung in Draufsicht.

In Seitenansicht zeigt Figur 2 den Sattel 1 mit den Bereichen 3, 4 für die Polsterung.

Der Sattel 1 ist in Figur 3 mit einer definierten Shore-Flärte dargestellt. Der vordere Bereich 6, weist eine von dem übrigen Sattel 1 abweichende Flärte auf. Dabei erkennt man in Figur 3, dass im Bereich 6 gemäß der beispielhaften Raster

7, 8 die Shore-Härte verändert ist, d. h. damit wird für einen Teilbereich 6 des Sattels 1 die Shore-Härte definiert.

Dies ist in Verbindung mit Figur 4 zu sehen, der Ausschnitt 6 in Form eines Kastens 5 mit beispielhaften Rastern 7, 8 veranschaulicht, wie man einen Ausschnitt 6 mit einem Kasten 5 versehen, aufrufen und individuell anpassen bzw. verändern kann. Ein Kasten 5 kann aufgezogen und explizit für diesen eine Shore- Härte festgelegt werden. Die Shore-Härte wird damit über den gesamten Bereich des Sattels 1 verteilt. Man ruft dann rechnerseitig den Bereich auf, den es durch die Raster zu visualisieren gilt.

Dazu zeigt Figur 5 einen Sattel 1 in Rasterdarstellung nach der sog. Point- Cloud 22 als Ansammlung von Rastern 7, 8, 9. Wird ein entsprechendes Raster 7,

8, 9 ausgewählt, wird nur die Satteloberseite 10 im Bereich der Point-Cloud 22 dargestellt. Die Raster 7, 8, 9 weisen eine bevorzugte Ausbildung von 5 mm x 5 mm x 5 mm auf.

Anders dann in Figur 6. Man erkennt das Raster 7, 8, 9 für den gesamten Sattel 1 in der Wiedergabe als Point-Cloud 22. Dies hat dann eben einen Einfluss auf die Auswahl bei Festlegung der verschiedenen Shore-Härten. Man kann dann für die gesamte Sitzvorrichtung eine bevorzugte Shore-Härte festlegen und nicht nur für die Oberseite 10, wie in Figur 5 gezeigt. Figur 7 zeigt eine Sitzvorrichtung 1 mit drei Bereichen für eine Polsterung 2, 3, 4 sowie einem Ausschnitt 13, in der Darstellung von oben betrachtet. Man kann einen solchen Ausschnitt 13 mit einem Kasten versehen und aufrufen und dann festlegen, dass in diesem Bereich die Shore-Härte ggf. verändert ist, sodass für einen solchen Ausschnitt 13 ein Teilbereich der Sitzvorrichtung 1 per Shore-Härte definiert wird. Mit 12 ist die Gradierung bezeichnet.

Daneben zeigt Figur 8 eine Sitzvorrichtung 1 mit drei Bereichen für eine Polsterung 2, 3, 4 mit der Möglichkeit, für das Modell 14 die Shore-Härte für unterschiedliche Bereiche 3 separat einzustellen und es darüber hinaus zu ermöglich zu machen, die Gradierung für die Modelle zu verändern, d.h. zu vergrößern oder zu verkleinern.

Eine solche kleinere Gradierung 15 zeigt Figur 9. Dadurch können die Übergänge zwischen Bereichen unterschiedlicher Härte noch besser individualisiert werden.

Schließlich zeigt Figur 10 eine Sitzfläche für einen Rudersitz 16 in Draufsicht, mit einer Polsterung 17 und einer Pelotte 18. Die Bereiche weisen unterschiedliche Shore-Härten zum Rest der Sitzfläche auf.

Figur 11 und 12 zeigen die Sitzfläche für einen Rudersitz 16 in Seitenansicht mit einer Pelotte 18. In Figur 11 wird für alle Raster innerhalb der Pelotte 18 die Shore-Härte verändert. In Figur 12 wird durch die Auswahl in der Seitenansicht eine schichtweise Änderung der Shore-Härten in den Rastern der Pelotte 18 mit den Bereichen 19, 20, 21 erreicht.