航天科技、3D打印…北京冬奧會運動員防護頭盔中的高科技

魔猴君  行業資訊   1011天前

近日，2022年北京冬奧會開幕進入倒計時。在北京冬奧會的背后，有著來自我國高等院校對于雪地運動裝備的技術支持。本期，分享兩款為冬奧會運動員定制的防護頭盔，其中一款是大連理工大學科研團隊自主研發的高性能滑雪頭盔，技術源于航天科技；另一款是雪車頭盔，來自東莞理工學院參與“科技冬奧”重點專項項目，其中用到了3D打印技術。

©北京冬奧會組委會官網

 四兩撥千斤的航天輕量化技術

大連理工大學研發的滑雪頭盔運用了航天薄壁結構設計科技，技術則來源于程耿東院士指導、王博教授牽頭的科研團隊十幾年的研究積累。此前，他們曾利用這項技術為我國體積最大的大火箭——長征五號運載火箭“胖五”成功減重1145公斤。

在這款頭盔的設計研發中，科研團隊運用了曲線加筋變剛度的設計技術，大幅提升了頭盔的抗沖擊變形能力，為運動員提供更高的安全防護級別。

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，將剛度提高了4倍，拉伸強度提高了3倍，大幅提升了頭盔的抗沖擊吸能效率，對運動員形成更好的保護。

這款頭盔還充分考慮到亞洲人的頭型特征。團隊采集了大量國家隊運動員的頭型數據，并研發了設計軟件，實現了運動員頭盔的定制化，有效改善了長時間佩戴的舒適性。

據介紹，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，防護性能比歐洲標準至少提升了20%。

目前，這款頭盔已順利通過歐洲滑雪頭盔安全標準測試，為冬奧會滑雪相關項目國家隊訓練提供安全保障，助力中國健兒奪金。

 3D打印點陣結構防護層

東莞理工學院參與科技部重點研發計劃——“科技冬奧”重點專項項目。

冬奧會的雪車項目是速度最快且觀賞性極強的項目，勝負常在毫秒之間。雪車的制造研發固然重要，但是配套設備也起到決定性的作用。在”科技冬奧”專項背景下，東莞理工學院在雪車的關鍵零部件研發制造中，主要負責雪車頭盔的研發。

在雪車項目里，頭盔是國際雪聯規定的參賽必要裝備之一，東莞理工學院項目組通過采集運動員的數據，進行一對一個性化定制，以達到能貼合每一位運動員實際需求的效果。

©東莞理工學院

根據東莞理工學院，頭盔的重量比起上一代運用的賽用頭盔減重了500克，僅為1100克左右，有效地為運動員減少負重。在減重的同時，頭盔內部材料緩沖層還采用了3D打印點陣結構，可以抵御頭盔在遇到碰撞時的各種沖擊力，更好地保護運動員。

該研發成果——雪車頭盔，應用于冬奧國家隊項目訓練與比賽，助力北京冬奧會中國代表團取得理想成績。

據了解，隨著帶有3D打印鞋中底的運動鞋在消費市場上打開局面，其中的關鍵技術-基于塑料材料的3D打印晶格結構（3D打印點陣結構）作為替代傳統泡沫塑料的新一代緩沖、防護材料，引起了制造業的關注。同時，3D打印點陣結構在運動防護裝備制造領域也得到了更加深入的發展。

小點陣、大洞天，一文洞悉3D打印為緩沖、防護產品創造新機遇的精益之道

近年來，國內外的增材制造生產商及體育器械品牌在運動防護頭盔，滑雪護目鏡，運動員身體防護墊，以及山地車座椅等產品中應用了3D打印點陣結構。

那么，體育界應用3D打印點陣結構的邏輯是什么呢？

以裕克施樂（OECHSLER）生產的具有極強沖擊力的美式橄欖球3D打印頭盔內墊為例，可以感受一二。在該應用中，設計師通過運動員對保護頭盔的性能要求，選擇合適的晶格點陣形狀，通過精細調整每個支撐桿徑的厚度來調整晶格結構的硬度，對十幾萬個獨立的晶格支撐結構進行特別調整，最終實現了晶格結構中內部的阻尼支柱與運動員在運動中所經歷的沖擊方向相對來吸收和分散能量。

可見，運動器械制造中的3D打印應用，核心邏輯是獲得一種產品性能提升的新方式，包括：舒適度的提升，防護性能的提升，以及通過調整產品不同區域3D打印點陣的設計，來實現多功能、多性能的集成，從而實現產品的創新。不僅如此，體育品牌推出的極具顛覆性的3D打印產品，還為品牌帶來了增值。

隨著3D打印點陣結構應用理念的深入人心，以及增材制造批量生產工藝在質量一致性、效率等方面的發展，體育運動器械制造領域的3D打印應用未來可期。

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