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直擊冬奧雪車頭盔中的3D打印技術(shù)、材料及設(shè)計思維

魔猴君  行業(yè)資訊   1042天前

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冬奧會的雪車項(xiàng)目是速度最快且觀賞性極強(qiáng)的項(xiàng)目,勝負(fù)常在毫秒之間。雪車的制造研發(fā)固然重要,但是配套設(shè)備也起到?jīng)Q定性的作用。由東莞理工學(xué)院教育學(xué)院(師范學(xué)院)副教授李楠領(lǐng)銜的東莞理工學(xué)院雪車頭盔研發(fā)團(tuán)隊參與研發(fā)的雪車頭盔已經(jīng)應(yīng)用于國家隊冬奧項(xiàng)目訓(xùn)練中。華曙高科項(xiàng)目團(tuán)隊采用了雙激光高分子光纖激光燒結(jié)Flight 3D打印技術(shù)和萬華化學(xué)新型TPU材料打印,并運(yùn)用了華曙特殊后處理工藝,為運(yùn)動員量身定制了25套雪車頭盔內(nèi)襯。增材制造、材料科學(xué)、設(shè)計優(yōu)化三方發(fā)力,為2022冬奧會國家雪車隊運(yùn)動員助力!

雪車的平均時速在100公里左右,最高可達(dá)160公里,素來有冰上F1之稱,其風(fēng)馳電掣般的競速過程,能給人帶來無比刺激的感官享受,是雪車比賽的最大看點(diǎn)。在如此高速的狀態(tài)下,運(yùn)動員的安全保障工作是重中之重,而頭盔裝備則是保障雪車運(yùn)動員安全的重要防護(hù)裝備。

雙激光Flight 3D打印技術(shù)

據(jù)了解,2個雪車頭盔內(nèi)襯僅需7.5個小時即可打印完成。為了保證內(nèi)襯晶格結(jié)構(gòu)的性能以及重量要求,華曙高科研發(fā)團(tuán)隊同時快速地進(jìn)行了多種參數(shù)組合的實(shí)驗(yàn),成功開發(fā)優(yōu)化的燒結(jié)參數(shù),以確保頭盔內(nèi)襯品質(zhì)及性能。在后處理過程中,華曙SP拋光技術(shù)能有效提升表面質(zhì)量,提升打印頭盔內(nèi)襯晶格的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

最優(yōu)化燒結(jié)參數(shù)

 

采用Flight雙激光技術(shù)打印雪車頭盔的過程

 定制TPU材料,確保內(nèi)襯彈性

與此同時,制造材料決定了頭盔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的特性和應(yīng)用。TPU具有優(yōu)良的承載能力、抗沖擊和減震性能,即使在-35℃時仍保持良好的彈性和柔韌性等物理性能,被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、電子電器、工業(yè)以及體育等領(lǐng)域。同時,TPU也是主要的適用于3D打印的彈性體材料。針對此項(xiàng)目,萬華化學(xué)專門開發(fā)了新型材料WF-PU95AB TPU,為雪車頭盔賦能。

個性化設(shè)計,提升運(yùn)動員體驗(yàn)

與傳統(tǒng)泡沫頭盔相比,3D打印技術(shù)可通過采集運(yùn)動員的數(shù)據(jù),進(jìn)行一對一個性化定制雪車頭盔,以達(dá)到能緊密貼合每一位運(yùn)動員頭部效果,完成重力自適應(yīng),提高佩戴舒適度和運(yùn)動安全性,且每款頭盔上都刻有運(yùn)動員姓名縮寫,具有紀(jì)念價值。

晶格內(nèi)襯,減重并提升防護(hù)性能

采用碳纖維外殼及3D打印技術(shù)制作的雪車頭盔,重量僅約1.1千克,比之前國家隊使用的傳統(tǒng)頭盔減少了500克,有效地為運(yùn)動員減少了負(fù)重。目前,這款雪車頭盔已經(jīng)通過GBECE認(rèn)證,達(dá)到國際雪聯(lián)規(guī)定的賽事頭盔要求,并交付了國家雪車隊。

3D打印在制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)方面具有天然優(yōu)勢,它幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何的空隙精度、空隙率、空隙形狀、空隙大小、孔分布以及相互之間連通性。基于此,3D打印的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)可以制造防護(hù)體育器材,從而為頭盔、盔甲和其他防護(hù)用品的改造升級帶來了新動力。

東莞理工學(xué)院雪車頭盔研發(fā)團(tuán)隊開發(fā)的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)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,以抵御頭盔在遇到碰撞時的各種沖擊力,為運(yùn)動員提供前所未有的防護(hù)性能。

頭盔內(nèi)襯由東莞市科恒手板模型有限公司提供設(shè)計驗(yàn)證

“科技冬奧”是北京冬奧會的一大亮點(diǎn),在“科技奧運(yùn)”理念的指引下,無數(shù)科技工作者開始了“奧運(yùn)科技長跑”。近年發(fā)展迅速的3D打印,也在冬奧會的籌備過程中發(fā)揮了重要作用。


來源:https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/shendujiedu/41892.html

   
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