CN112976565A - 一种轻量化ot多孔结构防震运动头盔的制作方法 - Google Patents

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王轩玉
乌日开西·艾依提
卢秉恒
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Abstract

本发明公开一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，涉及头盔技术领域，采用FDM熔融沉积制造工艺和SLS选择性激光烧结工艺增材制造一体化快速生产技术，双材料双打印工艺，一体化成型。外壳采用PC或ABS材料进行打印，采用FDM熔融沉积制造工艺；内衬采用TPU粉末材料进行打印，采用SLS选择性激光烧结工艺。在同一个成型仓内的成型平台上层层堆叠，直至完成打印，在完成打印后去除底部支撑即可实现快速生产本发明所述的特定结构的头盔，可以实现无需后期组装和粘接，直接一体化打印成型，通过制造工艺实现无需组装生产，减少大量的人力物力，在加装紧固带后，可以直接穿戴。

Description

一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法
技术领域
本发明涉及头盔技术领域，特别是涉及一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法。
背景技术
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。事故发生时，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，受到冲击力时，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内衬吸收碰撞能量一般，触感较硬，透气性差，舒适性欠佳。并且现有的头盔外壳基本采用的是全帽盔式，存在增加头盔重量的缺点，并且在较大的动态冲击力作用下其缓冲层的多孔结构的缓冲效果不理想。
Octagonal Truss(八角桁架)是Altair Inspire优化设计软件中8种填充格珊结构中的一种，简称OT。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，以减轻头盔的重量，并提升缓冲效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，主要包括以下步骤：
第一步：分析头盔使用者的常用运动姿势，结合空气动力学进行冲击力数据分析，进行OT点阵结构设计；
第二步：采用3D打印技术制作外壳和内衬。
可选的，内衬为OT点阵结构，内衬包括额头区、右下颌区、后脑区、左下颌区和头顶区。
可选的，第二步中，外壳采用PC或ABS材料制作。
可选的，第二步中，外壳采用FDM熔融沉积制造工艺制作。
可选的，第二步中，内衬采用TPU粉末材料进行3D打印制作。
可选的，第二步中，内衬与外壳之间采用SLS选择性激光烧结工艺相连接。
可选的，第二步中，外壳厚度为0.05mm。
可选的，第二步中，先打印外壳，完成外壳的打印后对打印区域铺设TPU粉末，采用SLS选择性激光烧结工艺对TPU粉末进行烧结制作出内衬。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明中的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，采用FDM熔融沉积制造工艺和SLS选择性激光烧结工艺增材制造一体化快速生产技术，双材料双打印工艺，一体化成型。外壳采用PC或ABS材料进行打印，采用FDM熔融沉积制造工艺；内衬采用TPU粉末材料进行打印，采用SLS选择性激光烧结工艺。在同一个成型仓内的成型平台上层层堆叠，直至完成打印，在完成打印后去除底部支撑即可实现快速生产本发明所述的特定结构的头盔，可以实现无需后期组装和粘接，直接一体化打印成型，通过制造工艺实现无需组装生产，减少大量的人力物力，在加装紧固带后，可以直接穿戴。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明轻量化OT多孔结构防震运动头盔的结构示意图；
图2为本发明轻量化OT多孔结构防震运动头盔的剖视结构示意图。
附图标记说明：1、额头区；2、右下颌区；3、后脑区；4、左下颌区；5、头顶区；6、OT点阵结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本实施例提供一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，主要包括以下步骤：
第一步：分析头盔使用者的常用运动姿势，结合空气动力学进行冲击力数据分析，进行OT点阵结构设计，采用3D打印技术制作外壳和内衬；内衬为OT点阵结构6，内衬包括额头区1、右下颌区2、后脑区3、左下颌区4和头顶区5；这五个区域是运动员在遇到危险的时候最容易受伤的区域。
第二步：采用3D打印技术制作外壳和内衬。具体步骤如下：先采用FDM熔融沉积制造工艺打印PC或ABS材料的外壳，外壳厚度设定为0.05mm，完成一层外壳打印后，铺粉装置进入打印区域铺设TPU粉末，再采用SLS选择性激光烧结工艺对TPU粉末进行内部缓冲OT点阵结构6进行打印成型。
本发明中的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，无需后期组装和粘接，直接一体化打印成型，通过制造工艺实现无需组装生产，减少大量的人力物力，在加装紧固带后，可以直接穿戴。
特定区域八角桁架OT点阵结构属于周期性点阵结构，其比强度和比刚度高，在低密度结构中有较大的力学性能优势。通过对OT点阵结构力学性能的数值模拟和实验分析，证实OT点阵结构在抗冲击方面的优越性。与传统头盔相比，具有OT点阵结构的头盔可以减重达70％以上。此外，OT点阵结构的超弹性使其兼备极高的能量吸收能力，在冲击载荷下会发生动态失稳，即当佩戴头盔者在运动中出现跌倒和撞击时，特定区域OT点阵结构头盔可以吸收大部分冲击能量，从而起到很好的防护作用，大大提高了头盔的安全性能。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
第一步：分析头盔使用者的常用运动姿势，结合空气动力学进行冲击力数据分析，进行OT点阵结构设计；
第二步：采用3D打印技术制作外壳和内衬。
2.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，内衬为OT点阵结构，内衬包括额头区、右下颌区、后脑区、左下颌区和头顶区。
3.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，外壳采用PC或ABS材料制作。
4.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，外壳采用FDM熔融沉积制造工艺制作。
5.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，内衬采用TPU粉末材料进行3D打印制作。
6.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，内衬与外壳之间采用SLS选择性激光烧结工艺相连接。
7.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，外壳厚度为0.05mm。
8.根据权利要求1所述的轻量化OT多孔结构防震运动头盔的制作方法，其特征在于，第二步中，先打印外壳，完成外壳的打印后对打印区域铺设TPU粉末，采用SLS选择性激光烧结工艺对TPU粉末进行烧结制作出内衬。
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