航天科技、3D打印…北京冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員防護(hù)頭盔中的高科技

魔猴君  行業(yè)資訊   1016天前

近日，2022年北京冬奧會(huì)開幕進(jìn)入倒計(jì)時(shí)。在北京冬奧會(huì)的背后，有著來自我國高等院校對(duì)于雪地運(yùn)動(dòng)裝備的技術(shù)支持。本期，分享兩款為冬奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員定制的防護(hù)頭盔，其中一款是大連理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的高性能滑雪頭盔，技術(shù)源于航天科技；另一款是雪車頭盔，來自東莞理工學(xué)院參與“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目，其中用到了3D打印技術(shù)。

©北京冬奧會(huì)組委會(huì)官網(wǎng)

 四兩撥千斤的航天輕量化技術(shù)

大連理工大學(xué)研發(fā)的滑雪頭盔運(yùn)用了航天薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科技，技術(shù)則來源于程耿東院士指導(dǎo)、王博教授牽頭的科研團(tuán)隊(duì)十幾年的研究積累。此前，他們?cè)眠@項(xiàng)技術(shù)為我國體積最大的大火箭——長征五號(hào)運(yùn)載火箭“胖五”成功減重1145公斤。

在這款頭盔的設(shè)計(jì)研發(fā)中，科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用了曲線加筋變剛度的設(shè)計(jì)技術(shù)，大幅提升了頭盔的抗沖擊變形能力，為運(yùn)動(dòng)員提供更高的安全防護(hù)級(jí)別。

頭盔材料為碳纖維、玻璃纖維、彈性體合成的新材料，在保持沖擊韌度的同時(shí)，將剛度提高了4倍，拉伸強(qiáng)度提高了3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率，對(duì)運(yùn)動(dòng)員形成更好的保護(hù)。

這款頭盔還充分考慮到亞洲人的頭型特征。團(tuán)隊(duì)采集了大量國家隊(duì)運(yùn)動(dòng)員的頭型數(shù)據(jù)，并研發(fā)了設(shè)計(jì)軟件，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)員頭盔的定制化，有效改善了長時(shí)間佩戴的舒適性。

據(jù)介紹，這款頭盔重量只有700g左右，在不大幅增加厚度和重量的前提下，防護(hù)性能比歐洲標(biāo)準(zhǔn)至少提升了20%。

目前，這款頭盔已順利通過歐洲滑雪頭盔安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，為冬奧會(huì)滑雪相關(guān)項(xiàng)目國家隊(duì)訓(xùn)練提供安全保障，助力中國健兒奪金。

 3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)防護(hù)層

東莞理工學(xué)院參與科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“科技冬奧”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目。

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。在”科技冬奧”專項(xiàng)背景下，東莞理工學(xué)院在雪車的關(guān)鍵零部件研發(fā)制造中，主要負(fù)責(zé)雪車頭盔的研發(fā)。

在雪車項(xiàng)目里，頭盔是國際雪聯(lián)規(guī)定的參賽必要裝備之一，東莞理工學(xué)院項(xiàng)目組通過采集運(yùn)動(dòng)員的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一對(duì)一個(gè)性化定制，以達(dá)到能貼合每一位運(yùn)動(dòng)員實(shí)際需求的效果。

©東莞理工學(xué)院

根據(jù)東莞理工學(xué)院，頭盔的重量比起上一代運(yùn)用的賽用頭盔減重了500克，僅為1100克左右，有效地為運(yùn)動(dòng)員減少負(fù)重。在減重的同時(shí)，頭盔內(nèi)部材料緩沖層還采用了3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，可以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。

該研發(fā)成果——雪車頭盔，應(yīng)用于冬奧國家隊(duì)項(xiàng)目訓(xùn)練與比賽，助力北京冬奧會(huì)中國代表團(tuán)取得理想成績。

據(jù)了解，隨著帶有3D打印鞋中底的運(yùn)動(dòng)鞋在消費(fèi)市場(chǎng)上打開局面，其中的關(guān)鍵技術(shù)-基于塑料材料的3D打印晶格結(jié)構(gòu)（3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)）作為替代傳統(tǒng)泡沫塑料的新一代緩沖、防護(hù)材料，引起了制造業(yè)的關(guān)注。同時(shí)，3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)防護(hù)裝備制造領(lǐng)域也得到了更加深入的發(fā)展。

小點(diǎn)陣、大洞天，一文洞悉3D打印為緩沖、防護(hù)產(chǎn)品創(chuàng)造新機(jī)遇的精益之道

近年來，國內(nèi)外的增材制造生產(chǎn)商及體育器械品牌在運(yùn)動(dòng)防護(hù)頭盔，滑雪護(hù)目鏡，運(yùn)動(dòng)員身體防護(hù)墊，以及山地車座椅等產(chǎn)品中應(yīng)用了3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。

那么，體育界應(yīng)用3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的邏輯是什么呢？

以裕克施樂（OECHSLER）生產(chǎn)的具有極強(qiáng)沖擊力的美式橄欖球3D打印頭盔內(nèi)墊為例，可以感受一二。在該應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師通過運(yùn)動(dòng)員對(duì)保護(hù)頭盔的性能要求，選擇合適的晶格點(diǎn)陣形狀，通過精細(xì)調(diào)整每個(gè)支撐桿徑的厚度來調(diào)整晶格結(jié)構(gòu)的硬度，對(duì)十幾萬個(gè)獨(dú)立的晶格支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行特別調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)了晶格結(jié)構(gòu)中內(nèi)部的阻尼支柱與運(yùn)動(dòng)員在運(yùn)動(dòng)中所經(jīng)歷的沖擊方向相對(duì)來吸收和分散能量。

可見，運(yùn)動(dòng)器械制造中的3D打印應(yīng)用，核心邏輯是獲得一種產(chǎn)品性能提升的新方式，包括：舒適度的提升，防護(hù)性能的提升，以及通過調(diào)整產(chǎn)品不同區(qū)域3D打印點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)多功能、多性能的集成，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新。不僅如此，體育品牌推出的極具顛覆性的3D打印產(chǎn)品，還為品牌帶來了增值。

隨著3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)應(yīng)用理念的深入人心，以及增材制造批量生產(chǎn)工藝在質(zhì)量一致性、效率等方面的發(fā)展，體育運(yùn)動(dòng)器械制造領(lǐng)域的3D打印應(yīng)用未來可期。

來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guoneidongtai/41707.html