CN111407037A - 一种多向防震的3d打印头盔吸能缓冲层 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，所述3D打印头盔吸能缓冲层固定于头盔外壳内侧；所述3D打印头盔吸能缓冲层整体呈头部形状，由前分片部件、后分片部件、左分片部件、右分片部件和上分片部件五个分片部件拼合而成；所述五个分片部件均包括上层单元、下层单元、贯通杆洞和若干根贯通杆，分片部件通过贯通杆穿过上层单元和下层单元上的贯通杆洞连接而成。本发明不仅能通过缓冲层两次溃缩变形充分吸收能量、延缓冲击力作用时间，以减轻头部受到的垂直冲击伤害，还可以通过缓冲层上下单元之间的错向滑动，以减轻头部与脊椎受到的旋转力的伤害，另外还具有佩戴舒适、通风良好、重量轻便、可用于个性化定制等优点。
Description
技术领域
本发明属于头盔技术领域，尤其涉及一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层。
背景技术
头盔的作用是为了减少发生事故时头部因惯性和碰撞受到的伤害。传统的头盔由刚性外壳、头盔内衬和悬挂系统等组成，头盔内衬作为头盔内部最重要的能量消散部件，是头盔抗撞击性能的设计重点。
头部在受到外部撞击的时候，冲击力均可分解为垂直冲击力与剪切冲击力，垂直冲击力引起头部的平移加速度，造成颅骨骨折等伤害，剪切冲击力引起头部的旋转加速度，造成脊椎扭转等伤害。传统的头盔内衬常采用聚苯乙烯(EPS)泡沫塑料制成，受到冲击时，EPS泡沫塑料在受到高度压缩碰撞后易粉碎变形，吸收大量能量，降低头部的平移加速度，减少颅骨局部应变和脑损伤。传统的头盔虽然在降低头部的平移加速度方面有效，但是在降低头部的旋转加速度能力方面存在较多不足，且传统EPS内衬吸收碰撞能量较好，但其触感较硬，透气性差，舒适性欠佳。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述背景技术中现有的头盔内衬制造和使用所面临的问题，提供一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层。
本发明采用的技术方案为：一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，所述3D打印头盔吸能缓冲层固定于头盔外壳内侧；
所述3D打印头盔吸能缓冲层整体呈头部形状，由前分片部件、后分片部件、左分片部件、右分片部件和上分片部件五个分片部件拼合而成；
所述五个分片部件均包括上层单元、下层单元、贯通杆洞和若干根贯通杆，分片部件通过贯通杆穿过上层单元和下层单元上的贯通杆洞连接而成；
所述贯通杆洞的洞口截面积大于贯通杆的截面积，所述贯通杆的高度大于上层单元与下层单元厚度之和。
作为优选，所述贯通杆的高度大于上层单元与下层单元厚度之和，贯通杆的直径范围1.5～5mm，高度范围20～30mm。
作为优选，所述上层单元和下层单元为实心结构、片状结构、杆状结构或多孔结构。
作为优选，所述3D打印的原材料为尼龙或TPU粉末。
作为优选，所述3D打印采用SLS选择性激光烧结方法。
作为优选，所述3D打印的打印材料可以由包括墨汁、树脂、丙烯酸、聚合物、热塑性材料、热固性材料、光固化材料或其组合的材料制成。打印材料可以是复合材料。
本发明吸能缓冲层在受到垂直方向冲击时，采用溃缩吸能的方式：利用上层单元强度较低，垂直方向弹软易压缩的结构性质，实现第一次溃缩变形，紧接着强度略高的下层单元，在传递的冲击力作用下实现了第二次溃缩变形，两次溃缩变形都吸收了大量的冲击能量，延缓了冲击力的作用时间，以减轻头部受到的垂直冲击力。吸能缓冲层各分片部件在受到剪切冲击力时：由于上层单元与下层单元仅用少量贯通杆连接，上层单元与下层单元之间摩擦力较小，可实现错向滑动，以减轻头部与脊椎受到的旋转力的伤害。
因此，将多向防震3D打印头盔吸能缓冲层安置于头盔内部，能够缓冲头部受到的多向冲击力。
有益效果：本发明是将多向防震3D打印头盔吸能缓冲层各分片部件安置于头盔内部，不仅能通过缓冲层两次溃缩变形充分吸收能量、延缓冲击力作用时间，以减轻头部受到的垂直冲击伤害，还可以通过缓冲层上下单元之间的错向滑动，以减轻头部与脊椎受到的旋转力的伤害，另外本发明还具有佩戴舒适、通风良好、重量轻便、可用于个性化定制等优点。
附图说明
图1至3为本发明实施例提供的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层的结构示意图。
图4、图5为本发明实施例提供的上分片部件的结构示意图。
图6、图7为本发明的某一具体实施例提供的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层的结构示意图。
图中1.前分片部件，2.上分片部件，3.后分片部件，4.左分片部件，5.右分片部件，6.上层单元，7.下层单元，8.贯通杆，9.贯通杆洞。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1-7所示：一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，所述3D打印头盔吸能缓冲层固定于头盔外壳内侧；
所述3D打印头盔吸能缓冲层整体呈头部形状，由前分片部件1、后分片部件3、左分片部件4、右分片部件5和上分片部件2五个分片部件拼合而成；
所述五个分片部件均包括上层单元6、下层单元7、贯通杆洞9和若干根贯通杆8，分片部件通过贯通杆8穿过上层单元6和下层单元7上的贯通杆洞9连接而成；
所述贯通杆洞9的洞口截面积大于贯通杆8的截面积，所述贯通杆8的高度大于上层单元6与下层单元7厚度之和。所述贯通杆8的高度大于上层单元6与下层单元7厚度之和，贯通杆8的直径范围1.5～5mm，高度范围20～30mm。
本发明多向防震3D打印头盔吸能缓冲层安置于头盔内部，不仅能通过缓冲层两次溃缩变形充分吸收能量、延缓冲击力作用时间，以减轻头部受到的垂直冲击伤害，还可以通过缓冲层上下单元之间的错向滑动，以减轻头部与脊椎受到的旋转力的伤害，另外本发明还具有佩戴舒适、通风良好、重量轻便、可用于个性化定制等优点。
本发明利用计算机3D设计软件进行3D打印头盔吸能缓冲层的数字建模，将3D打印头盔吸能缓冲层的数字模型导入3D打印机即可打印。
本发明3D打印头盔吸能缓冲层3D打印利用SLS选择性激光烧结技术，打印原料采用TPU粉末(或尼龙粉末)，利用激光器在计算机的操控下对粉末进行逐层扫描照射，实现TPU粉末的烧结粘合，层层堆积实现成型。
本发明3D打印头盔吸能缓冲层3D打印所采用的TPU粉末是百微米级粒径的粉末，其烧结成型的温度为160°，以上所述的TPU粉末的粒径和成型温度均是本发明可能采用的一种，3D打印头盔吸能缓冲层所采用的TPU粉末的粒径和成型温度包含但不限于以上的可能。
本发明分片部件的形状根据实际需求来设计，分片部件的上层单元、下层单元的结构形式可以为实心结构、片状结构、杆状结构、多孔结构等。
具体实施中，可使用各种种类的3D打印(或增彩制造)技术。可使用的示例性3D打印技术包括但不限于：熔丝制造(FFF)、电子束自由成型制造(EBF)、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔炼(EMB)、选择性激光熔化(SLM)、选择性热烧结(SHS)、选择性激光烧结(SLS)、石膏3D印刷(PP)、分层实体制造(LOM)、立体光刻(SLA)、数字光处理(DLP)以及本领域已知的各种其他种类的3D打印(增材制造)技术。
打印材料可以由包括墨汁、树脂、丙烯酸、聚合物、热塑性材料、热固性材料、光固化材料或其组合的材料制成。按照实施方案，打印材料还可以由按照材料的沉积序列打印一个或更多层而形成为任何期望的厚度，并且打印材料还可以包括填充物材料以将强化方面或美学方面赋予打印材料。因此，按照实施方案，打印材料可以是复合材料。
以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述3D打印头盔吸能缓冲层固定于头盔外壳内侧；
所述3D打印头盔吸能缓冲层整体呈头部形状，由前分片部件、后分片部件、左分片部件、右分片部件和上分片部件五个分片部件拼合而成；
所述五个分片部件均包括上层单元、下层单元、贯通杆洞和若干根贯通杆，分片部件通过贯通杆穿过上层单元和下层单元上的贯通杆洞连接而成；
所述贯通杆洞的洞口截面积大于贯通杆的截面积，所述贯通杆的高度大于上层单元与下层单元厚度之和。
2.根据权利要求1所述的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述贯通杆的高度大于上层单元与下层单元厚度之和，贯通杆的直径范围1.5～5mm，高度范围20～30mm。
3.根据权利要求1所述的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述上层单元和下层单元为实心结构、片状结构、杆状结构或多孔结构。
4.根据权利要求1所述的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述3D打印的原材料为尼龙或TPU粉末。
5.根据权利要求1所述的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述3D打印采用SLS选择性激光烧结方法。
6.根据权利要求1所述的一种多向防震的3D打印头盔吸能缓冲层，其特征在于：所述3D打印的打印材料包括墨汁、树脂、丙烯酸、聚合物、热塑性材料、热固性材料、光固化材料、复合材料。
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