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Antrieb für Sensor-SchrauberLeise Schrauber mit Feingefühl

Mikro-Sensor-Schraubsysteme

Leise, hoch dynamische Kleinstantriebe mit großer Leistung in kleinem Bauraum erlauben es, Kleinkomponenten sachgemäß mit Hilfe von robusten Sensor-Schraubern zu montieren.

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Lasersintern von KunststoffMehr Komfort im Ohr

Viel Raum haben sie nicht, die Entwickler des Schweizer Hörgeräte-Spezialisten Phonak. Denn in den winzigen digitalen Im-Ohr-Hörgeräten (IdO) der jüngsten Generation stehen ihnen nur noch wenige Kubikmillimeter zur Verfügung, um darin ihre Akustikelektronik einzubauen.

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Antriebstechnik: Mehr Komfort im Ohr

Und da unser Gehörgang alles andere als ein rotationssymmetrischer Hohlkörper ist, sind auch bei der Formgebung der Hörgeräte-Schalen höchst innovative Methoden gefragt. So eine Methode ist das Lasersintern von Kunststoff mit den Anlagen des deutschen Herstellers EOS. Bei Phonak ist das Verfahren heute nicht mehr wegzudenken aus der Computer gestützten Prozesskette zur Herstellung der IdO-Gehäuse.

Diese digitale Prozesskette beginnt, indem der Silikonabdruck vom Innenohr des Patienten – angefertigt vom Hörgeräte-Akustiker – einem Allround-Scanning unterzogen wird. Die Scandaten zeigen sich auf dem Bildschirm als Wolke einzelner Punkte, um die herum zunächst eine zarte Haut modeliert wird. Nachdem der Konstrukteur die elektronischen Bausteine virtuell in diesem Hohlraum platziert hat, ,,schneidet" er überstehende Bereiche der zukünftigen Schale ab und definiert deren Wanddicke. Die so gewonnenen Geometriedaten bilden die Grundlage für die Steuerung der Lasersinter-Anlage. Dabei handelt es sich beim Lasersintern um ein trockenes Verfahren, bei dem CO2-Laser die Werkstücke aus pulverförmigem Polyamid schichtweise aufbauen. Abhängig von ihrer Gestalt, Größe und Anzahl dauert das nur wenige Stunden. Und je komplizierter die geforderte Geometrie, desto produktiver arbeiten die Anlagen – ein nicht uninteressanter Zusammenhang hinsichtlich zukünftiger Einsatzbereiche.

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Unikate serienweise
Seine Ursprünge hat das Verfahren im Rapid Prototyping. Doch mit wachsender Leistungsfähigkeit der Anlagen erobert es sich zunehmend einstige Aufgabenfelder des Vakuumguss oder des Kunststoff-Spritzguss. Das Lasersintern ist weitgehend automatisiert und verzichtet auf teure Werkzeuge. Daher eignet es sich bestens zur kostengünstigen Produktion kleinerer oder mittlerer Stückzahlen, und entwickelt sich damit zu einer Schlüsseltechnologie zur Fertigung von Produkten für jede Phase des Produkt-Lebenszyklus direkt aus den CAD-Daten. Bei Phonak werden per Lasersintern täglich – und in einem einzigen Durchgang – bis zu 240 Gehäuseschalen gefertigt. Und weil jede ,,e-Shell" von einem anderen Patienten stammt, handelt es sich Hunderte von Einzelstücken. Mit anderen Worten: Hier werden Unikate in Serie produziert!

Die ebenso kundenspezifische wie zügige Schalenproduktion ist aus Sicht des Hörgeräte-Herstellers ein Serviceangebot von entscheidender Bedeutung. Denn die Hörgeschädigten erwarten rasche Hilfe, und die Hörgeräte-Akustiker wünschen einfache, zeitsparende Lösungen. Die Bedürfnisse beider Gruppen musste der Hersteller bei der Wahl der Fertigungsmethode im Blick haben. ,,Während unserer Forschungsarbeit haben wir auch Tests mit alternativen Verfahren gemacht – etwa der Stereolithografie. Das Lasersintern mit den Anlagen von EOS kommt unseren Ansprüchen an die Qualität der Hörgeräte-Schalen jedoch am nächsten", so Dr. Hans E. Hessel, der verantwortliche Projektleiter bei Phonak.

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Dünn und präzise
Wichtig für Hessel und sein Team war auch die Suche nach dem passenden Werkstoff. Denn das Material der Schalen hat erheblichen Einfluss auf Funktion und Akzeptanz der Hörgeräte. Das beim Lasersintern genutzte Polyamid PA12 überzeugt hier nicht allein wegen seiner mechanischen Kenndaten und Alterungsbeständigkeit. Vielmehr verzeichnet es auch wegen seiner Biokompatibilität (ISO 10993/ FDA G95-1) sowie hinsichtlich Hautverträglichkeit und Tragekomfort deutliche Pluspunkte. Dazu der zuständige Werkstoff-Ingenieur von Phonak, Michael Mathey: ,,Im Vergleich zu den Acrylharzen schneidet das Polyamid in allen Tests am besten ab. Es ist ungiftig, löst keine Allergien aus, absorbiert Feuchtigkeit und altert extrem langsam. Wegen seiner höheren Zähigkeit und Festigkeit ist es auch mechanisch widerstandsfähiger. Deshalb können wir die Gehäuse sehr dünnwandig bauen – derzeit erreichen wir durchschnittlich 0,55 Millimeter." Gemeinsam mit EOS arbeitet Mathey an der weiteren Reduzierung der Schichtdicke, da er in Zukunft noch geringere Wandstärken realisieren möchte. Denn je dünnwandiger sich die Schalen ausführen lassen, desto leichter sind sie und desto mehr Platz bieten sie für die Elektronik im Inneren.

Seit 2002 ist die ,,e-Shell" in der EU erhältlich. Und die Nachfrage boomt! In einigen Ländern Europas bestehen schon heute 80 Prozent aller IdO-Gehäuse aus lasergesintertem Polyamid. Bis Mitte nächsten Jahres erwartet Phonak-Manager Hessel ,,in der EU eine fast hundertprozentige Marktabdeckung". Das heißt: Stückzahlen von einigen 100.000 werden realisiert. Angesichts solchen Zahlen darf man wohl kaum noch von Kleinserien sprechen.Michael Stöcker

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