3D打印3D打印驱动的下一代运动防护头盔，现在进行时 |技术|材料科学|设计|

在北京时间 5 月 31 日凌晨发射的SpaceX 最新载人龙飞船中，两名身穿轻便、利落宇航服的宇航员给人留下深刻印象。宇航员所佩戴的白色头盔设计非常简约，但头盔所集成的功能却不简单，白色头盔几乎全部是3D打印技术制造的。
如果说SpaceX为宇航员提供的3D打印头盔是一种与我们生活几乎没有交集的高冷产品，那么正在体育运动防护领域“润物细无声”的3D打印防护头盔则正在将这种新一代的产品推上更为亲民的道路。
为了激发专家、创新者和运动防护头盔制造商为橄榄球运动员开发新一代头盔，美国橄榄球联盟（NFL）发起了一项NFL 头盔挑战赛。参与团队所设计的创新头盔需在指定实验室测试的基础上设计优于运动员当前佩戴的头盔。
NFL 在本周向参与新一代头盔设计的四个创新团队授予了共计137万美元的奖金。根据3D科学谷的市场观察，这四个团队所使用的头盔制造技术中，有三个团队在提交的申请中明确表明应用了增材制造-3D打印技术。
先进技术构建下一代头盔
NFL 公开了头盔挑战赛奖励资金的获奖者名单以及他们在项目申请中所描述的信息。
l 新一代3D打印吸能衬里
获得奖金的Impressio,Inc.和CU Denver 团队依靠材料科学研究和增材制造技术，通过3D打印制造运动员定制头盔衬里。有别于传统衬里材料的是， 3D打印衬里采用超耗散液晶弹性体（LCE）和点阵结构的设计。该项目得到包括EOS ， nTopology和Schutt在内的合作伙伴的支持。

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来源：Impressio
Impressio 是一个通过点阵晶格设计能力构建下一代的头盔衬里的创业企业，提供从3D扫描和模型生成到点阵设计和3D打印功能原型的设计和制造工作流程。
根据3D科学谷的市场观察，在该团队的合作伙伴当中， EOS与nTopology本身已在点阵缓冲结构的增材制造领域展开了合作。
EOS 推出了 Digital Foam?计划，降低了将 3D 打印弹性泡沫推向市场的难度，且实现了将CAD、材料、零部件验证和增材制造（3D 打印）等诸多环节的有机融合。

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HEXR用EOS PA 1101材料定制的自行车头盔。来源：EOS / HEXR
3D打印弹性泡沫使用TPU或PEBA等柔韧性极高的聚合物材料，可以对每个体素（体积像素）进行深度微调，从而获得绝佳的舒适性、安全性和功能性。根据EOS ， Digital Foam可解决客户可能遇到的诸多变化因素或问题，并将客户的创意快速转化为实际产品。它赋予客户一条捷径，可快速3D打印生产保护性头盔、个性化矫形器、高性能鞋具以及其他各类应用产品。
Digital Foam?计划中的3D打印弹性泡沫结构设计，源于nTopology公司的技术。在3D打印头盔、鞋垫、中底等缓震组件中常用的增材制造点阵结构，具有轻质、吸能等性能，然而这类点阵结构的复杂性已经超过了传统CAD软件的原有设计功能。
此外， Impressio 在项目申请中提及的液晶弹性体（LCE）材料，在运动头盔等领域具有较大应用潜力。
南方科技大学机械与能源工程系副教授葛锜研究团队与美国科罗拉多大学丹佛分校教授Christopher M. Yakacki团队合作在《先进材料》发表的研究成果，揭示了3D打印液晶弹性体的应用潜力。
根据南方科技大学，液晶弹性体作为一种受光或热刺激能产生大体积收缩的功能软材料，目前主要用于制作软体驱动器或者机器人。同时，液晶弹性体展现了非线性大变形粘弹性的力学行为，是一种性能佳的耗能材料。 [1]
但是复杂的化学合成工艺使得液晶弹性体的成型限制在薄膜形态。葛锜团队与Yakacki团队合作，通过麦克加成反应将液晶基元与二硫醇单体聚合生成具有丙烯酸酯端基的光敏液晶弹性体低聚物，并可通过基于光固化数字光处理3D打印技术实现液晶弹性体复杂三维结构的3D打印。这表明所开发的光敏液晶弹性低聚物可通过光固化数字光处理3D打印技术获得高效吸能结构和器件。该项研究为3D打印成型轻型抗冲击/减震结构提供了可能性，在电子设备抗冲击、运动头盔等领域具有较大应用潜力。 [1]