頭盔是騎行者遇到危險(xiǎn)時(shí)的最后一道防線(xiàn)。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，頭盔可吸收大部分撞擊力，起到緩沖、減震的保護(hù)作用，可使受傷者的比例大福下降。
在各類(lèi)運(yùn)動(dòng)中，頭盔的個(gè)性化定制十分關(guān)鍵。按傳統(tǒng)制造方式實(shí)現(xiàn)定制非常困難，而3D打印無(wú)需模具、直接生產(chǎn)的特性，特別適合頭盔的柔性生產(chǎn)。
（圖片來(lái)源：冬奧會(huì)雪車(chē)頭盔）
對(duì)于彈性體來(lái)說(shuō)，3D打印的晶格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)頭盔的個(gè)性化，提升頭盔的功能性、舒適性和保護(hù)水平。
近年來(lái)，3D打印開(kāi)始進(jìn)軍體育業(yè)，比如3D打印的護(hù)目鏡、攀巖鞋、槍托、頭盔等等多元化應(yīng)用。其中，頭盔是3D打印比較多的裝備之一。
今天跟大家分享彈性體在3D打印頭盔中的應(yīng)用，感受彈性體應(yīng)用的顛覆改變吧！
雪車(chē)是冬奧會(huì)速度最快且觀賞性極高的項(xiàng)目之一，勝負(fù)常在毫秒之間，因此對(duì)硬件要求十分嚴(yán)格。由東莞理工學(xué)院教育學(xué)院副教授李楠領(lǐng)銜的雪車(chē)頭盔研發(fā)團(tuán)隊(duì)參與研發(fā)的雪車(chē)頭盔已經(jīng)應(yīng)用于國(guó)家隊(duì)冬奧項(xiàng)目訓(xùn)練中。該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用3D逆向建模、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)3D打印技術(shù)，通過(guò)采集運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一對(duì)一個(gè)性化定制雪車(chē)頭盔，以達(dá)到能貼合每一位運(yùn)動(dòng)員實(shí)際需求的效果，頭盔具有個(gè)性化、減重、安全性等特點(diǎn)。
頭盔內(nèi)部材料緩沖層采用TPU材料。TPU具有優(yōu)良的承載能力、抗沖擊和減震性能，即使在-35℃時(shí)仍保持良好的彈性和柔韌性等物理性能。它優(yōu)于傳統(tǒng)的EPS發(fā)泡材料，其抗沖擊性能提升40%左右，可抵御頭盔在遇到碰撞時(shí)的各種沖擊力，更好地保護(hù)運(yùn)動(dòng)員的頭部。
WaveCel是一種可折疊的多孔材料、蜂窩結(jié)構(gòu)。它通過(guò)對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行三步更改來(lái)起作用，以幫助在撞擊力到達(dá)頭部之前吸收其撞擊力。WaveCel的作用就像是一個(gè)壓皺區(qū)，有助于在撞擊力到達(dá)頭部之前吸收其撞擊力。為了保護(hù)您的頭部并吸收傾斜沖擊產(chǎn)生的能量。
傳統(tǒng)上，安全產(chǎn)品需要昂貴的多個(gè)泡沫部件的組裝，以在單個(gè)產(chǎn)品內(nèi)產(chǎn)生不同的功能性能區(qū)域。利用3D打印結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在可以由同一材料生產(chǎn)的單個(gè)整體部件，其設(shè)計(jì)可提供多個(gè)功能性能區(qū)域。這種方法使產(chǎn)品具有更高的安全性能，并消除了多個(gè)泡沫界面，使得彈性體材料成功取代泡沫。此外，設(shè)計(jì)師可以針對(duì)運(yùn)動(dòng)設(shè)備（如頭盔和護(hù)墊）中的高沖擊應(yīng)用，根據(jù)個(gè)人運(yùn)動(dòng)員生理數(shù)據(jù)定制網(wǎng)格。
Riddell通過(guò)高速?gòu)椥泽w材料，采用網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式3D打印制作橄欖球頭盔襯墊。整個(gè)頭盔利用物理模擬和優(yōu)化技術(shù)來(lái)調(diào)整結(jié)構(gòu)，管理線(xiàn)性和旋轉(zhuǎn)沖擊能量。每個(gè)頭盔由超過(guò)140,000個(gè)單獨(dú)的支柱組成，精心編排成圖案，以減輕沖擊力，同時(shí)提供出色的舒適性和貼合性。
CCM Hockey 是一家領(lǐng)先冰球裝備行業(yè)的百年企業(yè)，他們利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)出革命性的曲棍球頭盔。這款新一代的頭盔經(jīng)過(guò)定制，可適配運(yùn)動(dòng)員的頭部尺寸，并采用獨(dú)特的晶格設(shè)計(jì)，對(duì)能量吸收和耗散進(jìn)行精細(xì)控制，從而更好地保護(hù)運(yùn)動(dòng)員。頭盔內(nèi)襯采用晶格結(jié)構(gòu)，通過(guò)使內(nèi)部阻尼支柱與曲棍球運(yùn)動(dòng)員在比賽中所經(jīng)歷的撞擊方向相對(duì)來(lái)促進(jìn)能量的吸收和散發(fā)。通過(guò)對(duì)130,000個(gè)獨(dú)立的支撐架的特別調(diào)整，從而對(duì)整個(gè)頭盔的每個(gè)點(diǎn)都可以進(jìn)行了設(shè)計(jì)?？梢酝ㄟ^(guò)精確調(diào)整每個(gè)撐桿的厚度來(lái)增加或減少晶格結(jié)構(gòu)的硬度，從而使晶格護(hù)墊可以吸收和分散來(lái)自各種方向的沖擊能量。
定制頭盔將在2021賽季之前提供給所有NHL球員。在2020 NHL賽季中，三名職業(yè)球員參加了比賽，來(lái)自哥倫布藍(lán)夾克隊(duì)的塞斯·瓊斯在哥倫布的首輪季后賽對(duì)坦帕灣的比賽中戴了頭盔，加時(shí)賽進(jìn)行了5輪。這位25歲的球員在冰上比賽了65分鐘06秒，打破了單場(chǎng)比賽時(shí)間的NHL季后賽紀(jì)錄。
防護(hù)服專(zhuān)家HEXR在德國(guó)粉末床3D打印制造商EOS的幫助下，推出了一個(gè)新的頭部掃描軟件，用戶(hù)可以定制3D打印自行車(chē)頭盔。掃描數(shù)據(jù)通過(guò)應(yīng)用上傳，然后在工業(yè)級(jí)EOS系統(tǒng)上使用植物性聚酰胺打印出與頭型相匹配的頭盔內(nèi)襯3D模型。打印完成后，內(nèi)襯染成黑色，最后，將頭盔的各個(gè)部件組裝起來(lái)，包括3D打印的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外殼和下巴帶。還可以選擇在產(chǎn)品上增加一點(diǎn)額外的裝飾，包括個(gè)人雕刻和各種外殼顏色。
由數(shù)字化技術(shù)與3D打印智能制造技術(shù)打造而成的3D打印頭盔能夠覆蓋傳統(tǒng)頭盔難以觸及的防護(hù)盲點(diǎn)。該系統(tǒng)由多層且軟硬不一的緩沖帶構(gòu)成，不同碰撞頻率的區(qū)域配備著不同密度的結(jié)構(gòu)分布，能夠精準(zhǔn)地管理因頭部碰撞而產(chǎn)生的各種沖擊力。在佩戴舒適度方面，戴上3D打印頭盔也同樣優(yōu)秀。防護(hù)系統(tǒng)特殊的晶格結(jié)構(gòu)能夠帶來(lái)極高的熱量流通效率，使頭盔內(nèi)部始終保持在一個(gè)令人感到舒適的溫度。
根據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和生成晶格材料，3D打印頭盔晶格用于改進(jìn)美國(guó)陸軍作戰(zhàn)頭盔的沖擊吸收技術(shù)。傳統(tǒng)泡沫材料的功能幾乎已經(jīng)達(dá)到了可開(kāi)發(fā)的盡頭，晶格材料成為了普遍公認(rèn)的替代性、創(chuàng)新性材料。隨著3D打印晶格結(jié)構(gòu)技術(shù)和材料的不斷改進(jìn)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)對(duì)于吸收沖擊能量的優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯，并逐漸被制造商認(rèn)可并廣泛應(yīng)用，尤其是用于改善健康和安全。
隨著時(shí)代的發(fā)展，定制頭盔成為了可能，利用3d打印技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)的頭盔模型，利用高性能的彈性體材料打印出來(lái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和行業(yè)的全面革新。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（艾邦彈性體網(wǎng)）：3D打印彈性體在頭盔中的應(yīng)用
