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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(jì)思維

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冬奧會(huì)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(duì)參與研發(fā)的雪車頭盔已經(jīng)應(yīng)用于國家隊(duì)冬奧項(xiàng)目訓(xùn)練中。華曙高科項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(jì)優(yōu)化三方發(fā)力，為2022冬奧會(huì)國家雪車隊(duì)運(yùn)動(dòng)員助力！

雪車的平均時(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)雪車頭盔內(nèi)襯僅需7.5個(gè)小時(shí)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(duì)同時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，TPU也是主要的適用于3D打印的彈性體材料。針對(duì)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(gè)性化設(shè)計(jì)，提升運(yùn)動(dòng)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(dòng)員的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一對(duì)一個(gè)性化定制雪車頭盔，以達(dá)到能緊密貼合每一位運(yùn)動(dòng)員頭部效果，完成重力自適應(yīng)，提高佩戴舒適度和運(yùn)動(dòng)安全性，且每款頭盔上都刻有運(yùn)動(dòng)員姓名縮寫，具有紀(jì)念價(jià)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(duì)使用的傳統(tǒng)頭盔減少了500克，有效地為運(yùn)動(dòng)員減少了負(fù)重。目前，這款雪車頭盔已經(jīng)通過GB和ECE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(duì)。

3D打印在制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)方面具有天然優(yōu)勢(shì)，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(jí)帶來了新動(dòng)力。

東莞理工學(xué)院雪車頭盔研發(fā)團(tuán)隊(duì)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(shí)的各種沖擊力，為運(yùn)動(dòng)員提供前所未有的防護(hù)性能。