炫酷轻巧又安全,盘点14款3D打印头盔案例

3D打印艺术与设计
2020
09/27
16:04
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头盔是为了保护我们的头部安全设计的。但由于设计和制造手段的限制,其重量、舒适性和安全性要想达到完美的平衡并不容易,随着3D打印技术的不断进步,这一切就将变得轻而易举。在另一方面,很多影视剧的拍摄任务中都需要特殊定制,而该头盔也是需要这样的特殊定制,用量都比较小;这种需求和3D打印擅长的小批量非标准件的快速成型的特点有天生的契合。
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△3D打印头盔
下面,南极熊就来盘点一些有哪些3D打印头盔的具体案例。

2020年5月31日,全球首次商业载人龙飞船发射成功!埃隆·马斯克的太空探索技术公司SpaceX,完成人类史上的一大创举!南极熊3D打印网了解到,SpaceX这次宇航员的超时尚太空服头盔,是使用3D打印工艺为每个宇航员进行定制的。现在,你可以按照一个教程,DIY 3D打印一只适合自己头的宇航头盔!
△在SpaceX任务发射前,宇航员道格拉斯·赫利(Douglas Hurley)和罗伯特·贝肯(Robert Behnken)

有意思的是,南极熊3D打印网了解到,真正的SpaceX头盔是由Ironhead Studios才华横溢的好莱坞设计师Jose Fernandez设计的。他是一名服装设计师,曾为《蝙蝠侠大战超人》,《神奇四侠》,《复仇者联盟》,《 X战警II》等作品工作过。据《纽约时报》报道,电影导演迈克尔·贝(Michael Bay)透露,对于电影《世界末日》中的太空服头盔,他认为“好莱坞周围的人是太空服头盔专家。这是一种非常专业的工艺。”

为了设计太空头盔,马斯克去了好莱坞请教专家,而不是通常的空军和海军承包商。《纽约时报》报道说,首次与Fernandez取得联系时,后者竟然不知道SpaceX是什么。然而,正如Ironhead 的Instagram页面所示,他确实具有为电影设计头盔的丰富经验,包括汤姆·克鲁斯(Tom Cruise)在《 Top Gun:Maverick》中的头盔。

后来就是由好莱坞设计师设计了SpaceX本次商业载人龙飞船发射的宇航员头盔!
戴上科技3D打印滑雪头盔
2020年9月23日,由戴上科技研制的全球首款3D打印滑雪头盔于中国创新创业成果交易会正式亮相,由数字化技术与3D打印智能制造技术打造而成的戴上3D打印头盔能够覆盖传统头盔难以触及的防护盲点。
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基于由近万次头部碰撞测试界定出的力学边界,戴上科技运用先进的数字算法计算出了拥有1102根短竖杆、95根贯通杆和2394个节点的晶格结构防护系统。该系统由多层且软硬不一的缓冲带构成,不同碰撞频率的区域配备着不同密度的结构分布,能够精准地管理因头部碰撞而产生的各种冲击力。

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据权威的安全防护产品质量检验中心的测试结果显示,戴上3D打印头盔的防护性能优逾美国安全标准要求的性能55%,优逾欧洲安全标准要求的性能46%。在佩戴舒适度方面,戴上3D打印头盔也同样优秀。防护系统特殊的晶格结构能够带来极高的热量流通效率,使头盔内部始终保持在一个令人感到舒适的温度。

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详尽且科学的尺码设置搭配重力自适应,戴上3D打印头盔适配全球90%以上的用户,加之戴上科技自主研发的头部扫描系统,适配率提高至98%。戴上3D打印头盔的防护系统材料可回收,可再生。用其制成的防护系统可被粉碎成末,重新回炉打印,实现材料的循环利用,有效解决3D打印原料成本过高的问题。

首个获得NHL认证的3D打印曲棍球头盔内衬
2020年9月,3D打印机制造商Carbon和体育用品制造商CCM Hockey合作,已经3D打印出了第一个曲棍球头盔内衬,并获得NHL认证。据悉,这个曲棍球头盔内衬使用Carbon专有的数字光合成(DLS)树脂工艺生产,内部结构采用了数字化晶格设计,能够提供更好的透气性、舒适性和保护性,并可通过精确的3D扫描来定制适合运动员头部的产品。
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△SuperTacks X头盔,图片来自CCM Hockey

Super Tacks X的内衬是使用Carbon的设计软件设计的,软件能够根据所需的性能标准和重量作为输入,自动生成优化的网格几何形状。它的主要功能是在比赛中有效地吸收和耗散冲击能量,这主要通过使用内部阻尼支柱来实现。
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衬里内部有超过13万个独立的支柱,每个支柱覆盖了头盔的不同点,提供全方位的保护。设计引擎可以调整每个支柱的厚度,以增加或减少网格的整体刚度,使头盔能够吸收和分散来自线性和旋转力的冲击能量。

3D打印自行车定制头盔HEXR
HEXR3D打印自行车定制头盔由总部位于伦敦的创业公司Hexr,Ltd. 开发,据悉,该头盔品牌以前叫做HEXO,后来因为商标纠纷而更名为HEXR。在技术方面,HEXR头盔采用3D打印技术制造的蜂窝芯,通过德国工业3D打印机制造商EOS旗下的SLS 3D打印技术和聚酰胺11材料生产。 每个头盔都是根据用户的头部尺寸进行3D打印,通过3D扫描应用程序获取,以便为客户创建轻量级和保护性的头盔解决方案。

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3D打印的Hexr头盔

HEXR头盔由Jamie Cook(库克)创立,他希望彻底改变传统自行车头盔上的标准保护装置,据库克描述,这种头盔“60年来一直没有创新”。库克最初在伦敦大学学院(UCL)开始研究时发现,大多数能量吸收的设计方法都是基于平坦的接触区域,而不是反映我们头部形状的曲面区域。库克继续在牛津大学进行研究,利用3D打印技术生产聚酰胺11中的绝缘弧形蜂窝结构,构成了HEXR头盔的基础。
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3D打印蜂窝结构,提高保护性
从那以后,库克一直致力于推出HEXR头盔,并将其推向市场。头盔的一个关键要素是其可自定义性,通过3D打印实现。使用HEXR的定制3D扫描软件,客户可以使用头部的30,000点3D网格获得“精确匹配”。从网站购买HEXR头盔后,客户可以在HEXR的伦敦总部预约,也可以通过邮寄方式接收3D扫描仪,以便进行头部扫描。一旦Hexr有客户​​的测量结果,公司需要2-4周的时间进行3D打印,然后再直接发货给买家。

3D打印动态头盔Synapse
设计师兼建筑师Benhaz Farahi使用3D打印完成了一个以脑波为主题的,具有“动态艺术(Kinetic Art)”风格的头盔Synapse。这个头盔是用柔性材料在一台Connex500 3D打印机上打印出来的,里面嵌入了一个修改过的NeuroSky EEG芯片,该芯片与一对Mindflex耳机相连接。
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根据NeuroSky公司的网站介绍,EEG技术是通过“数字化模拟脑电波,”将原始大脑信号进行放大和处理后,输入游戏、教育、研究等各种应用,像Farahi这样的Synapse头盔也算是其中之一。

这种技术能够分析和记录不同类型的脑电波——主动或被动。如果您的注意力集中,那么EEG芯片的“注意米表(attention meter)”会指示用户的精神强度为“专注(focus)”或“注意(attention)”。当用户注意力集中于一点时,注意米表的数值会提升,反之当注意力分散时会减少。如果您处于沉思或冥想状态,EEG芯片的“冥想米表(meditation meter)”会显示用户的心理状态为“平静”或“放松。”当用户头脑放松时,冥想米表的数字会提升,反之则会降低。这两种米表的数值范围都是从0到100。
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此外,在NeuroSky公司EEG技术的帮助下,您还可以通过脑波驱动Synapse头盔。除了显示3D打印与其他尖端技术的珠联璧合,Farahi称Synapse项目的主要意图是“探索使用多材料3D打印技术制造出可围绕人体出现形状变化的结构,以作为人类第二皮肤的可能性。这是一个尝试,探索通过大脑的神经命令直接控制运动,使我们能够通过自己的思想有效地控制周围环境。”

3D打印奥创头盔
一位Cosplay艺术家Michael Ruddy使用gMax 1.5 XT 3D打印机3D打印出了一个全尺寸、可穿戴的奥创(Ultron)头盔。gMax 1.5 XT是由gCreate公司制造的一款打印尺寸相当大的3D打印机,其最大打印尺寸可达40.6×40.6×45.7厘米。Michael把整个头盔划分为四个独立的部分分别打印——下巴、主要面部、头顶、耳朵。下巴打印的时候设置了0.15毫米的层高,打印了打印13个小时,主要面部的打印层高为0.15毫米,花了约30小时,而耳朵部分设置的层高0.15毫米,打印历时10小时。最后,头顶部分打印层高设置的是0.3毫米,由于同时使用了支撑结构,打印时间花了大约30个小时。

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而当Michael的客户——来自Shawshank Cosplay道具公司的Sean Shaw——拿到3D打印的奥创头盔后,立即使用胶水将下颌、面部、头顶和耳部完全组装了起来。
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当看到组装后的头盔无论是尺寸大小还是组装结合程度都达到要求之后,Shaw就用车用胶bondo去填补组装好的部件上的打印纹路,然后再对正面就进行打磨,之后又用Smooth On公司的XTC-3D涂料对整个面具进行涂覆,进一步使面具表面变得平滑光亮、毫无瑕疵。

3D打印婴儿头盔

一种解决办法是在婴儿成长的前14周这个关键时期为他们配备合适的头盔。提到“合适”二字,聪明的你一定已经想到,这是3D打印技术的专长啊!确实如此,近日,美国明尼苏达州的两名双胞胎婴儿 — Lincoln和Nolan就得到了他们专属的3D打印头盔。

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头盔的制作者是吉列儿童专业医疗,他们首先对两名婴儿的头部进行了扫描,然后依照所得数据制作出了头盔的3D模型,最后使用刚刚购买的价值22万美元的Stratasys大型3D打印机将头盔打印了出来。整个过程共耗时5小时,其中3小时用于建模,2小时用于打印。双胞胎的母亲非常高兴,并且对3D打印的神奇表示惊叹。
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有了3D打印的专属头盔,婴儿的家长再也不需要担心“扁头综合症”的影响。

王思聪定制3D打印滑雪头盔
2015年,王思聪转发了自己佩戴为自己高端定制的滑雪头盔的照片,据定制品牌介绍,该头盔“所使用工艺包括显微镜下金丝镶嵌,景泰蓝、手工锻造、3D打印、5轴联动雕刻、手工雕蜡、古佛像金粉漆、手工缝制内饰等。所使用材料有金、银、马臀皮、獭兔皮等等。”

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3D打印Guy-Manuel的金色穹顶头盔
Ruiz兄弟为了向Daft Punk乐队致敬,他们3D打印出了Guy-Manuel的金色穹顶头盔,并且将Thomas的头盔制作得更具可穿戴性。Ruiz兄弟决定将头盔设计得更轻便、制作也更简单,他们还添加了一些复杂的LED像素灯在里面,这些灯可以轻松编程,利用智能手机或者智能手表操控,将你的Daft Punk变得高端炫酷。

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为了使头盔易于佩戴且轻便舒适,他们将其设计为2mm厚,该头盔是分为三部分打印的,这样更方便添加支撑材料。该头盔的打印分辨率非常高,仅单纯的3D打印过程就花费了好几天的时间才完成,结果也不言自明,如此高的分辨率打印完成后几乎不需要打磨或是喷漆等后处理。
   
为了便于组装,Ruiz在每一个打印部件上都设计了凹槽,然后使用硅树脂胶粘合。组装完成之后进行打磨上色,反复几次之后再安装上LED条,可以看到,制作完成的头盔效果极为抢眼。
   
Ruiz 兄弟是用Fusion 360完成的3D设计,而且该文件也是完全公开的,可以使用任何CAD软件编辑修复。他们制作的这个头盔是超大号的,因此里面有充足的空间来安装电子装置,而且就算戴着眼镜也是能套上这个头盔的,若是感觉太松,还可以自行添加填充物来让自己的佩戴更舒适。

可折叠3D打印自行车头盔FEND
自行车头盔是一种十分有效的护具,据说可将头部受伤的风险降低80%。但这种头盔有一个明显的痛点,就是体积比较大,不方便携带。不过现在,这个问题已经被来自纽约的设计师Sujene Kong和Christian Von Heifner解决了  — 他们发明了一款可折叠的新型头盔FEND,折叠后的体积仅有原先的1/3,可以轻松放进背包。
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除了能折叠,这款头盔的造型也很时尚,因为其发明者之一的Kong就是一位时尚设计师。另外,它的安全性也很好,达到了美国消费品安全委员会(US CPSC)和欧洲EN 1078安全标准。值得一提的是,在头盔的整个开发阶段,从最初的原型设计到最终的成品制造,3D打印技术都扮演了重要角色。
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目前,这款头盔已经基本定型 — 外壳采用了高性能ABS塑料,十分坚固;内圈表面采用了发泡聚丙烯(EPP)材料,既柔软又能有效吸收冲击;结构上则采用了流线型设计,有助于通风和提高佩戴舒适感。

Cascade3D打印曲棍球头盔
世界顶级曲棍球产品制造商Cascade正在利用 LulzBot的工业级桌面3D打印机改进曲棍球头盔的原型开发流程。“我们主要利用3D打印和柔性材料来制造头盔的不规则部件。LulzBot的打印机非常灵活,可以随意更换不同尺寸,而这对于我们的开发工作很有帮助,”Cascade的负责人表示,“在头盔开发方面,3D打印不仅比传统方法更经济,而且大大缩短了我们将新设计变为显示的周期。这就让我们得以更快地将新产品投放市场,从而获得竞争优势。”
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Cascade的女士用LX头盔就是3D打印帮助开发的新产品之一,它的外壳既结实有有弹性,能很好地抵御冲击,从而保护运动员的头部。同时,它还有通气口和用来放头发的空间。

3D打印自行车头盔 Kupol
加拿大工业设计师Gabriel Boutin和3D打印专业设计公司Syncro Design的创始人Gabriel Boutin就利用3D打印技术开发出了一款新的自行车头盔 — Kupol。
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△设计师使用HP的Multi Jet Fusion创建3D打印自行车头盔

Kupol项目专注于设计和制造更舒适的自行车头盔。Boutin想要摆脱不舒服的聚苯乙烯泡沫部件,因为这种材料通常会让佩戴者更容易出汗。于是,他改用塑料3D打印。最终,新的Kupol头盔保持空气能够流过,使得头部较凉爽。同时,其重量也比传统的头盔轻了许多。

对于Boutin来说,3D打印提供了一个以更快的速度从原型到成品的机会。此外,该技术还可以让用户开发出更复杂的设计和结构。随着3D打印材料质量的不断提高,越来越多的设计人员选择增材制造来创造成品,而不是长时间的原型制作流程。此外,三维打印完成不断完善,使用户能够以高品质的表面外观完成他们的产品。

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△设计师使用HP的Multi Jet Fusion创建3D打印自行车头盔

对于他的设计,Boutin与Sculpteo的3D打印服务合作,该服务提供了HP Multi Jet Fusion技术。设计师寻找具有良好耐化学腐蚀性的强韧塑料,可以通过Sculpteo的在线3D打印服务下单,并选择HP Multi Jet Fusion PA12黑色塑料。

可穿戴脑部扫描头盔

英国科学家开发了一种可穿戴的脑部扫描仪,这个扫描仪在戴上后,患者仍可以自由地进行头部活动。在脑肿瘤、癫痫、精神分裂症等复杂的疾病中,医生通常需要借助观察患者脑部活动来诊断病情,而脑磁图(Magnetoencephalography,简称MEG)已成为一种检测脑部活动的新技术,能将神经网络绘制成图,并且对人体无创伤,该头盔由3D打印而成,重量仅905克。
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该头盔由3D打印而成,重量仅905克。据学术期刊《自然》报道,这个扫描仪结合了量子传感器和一种新的消除周围磁场的技术,能够以毫秒级的分辨率记录MEG数据。为了证明此系统有效,研究人员记录下一个实验对象做出自然行为,如点头、伸懒腰、喝饮料和玩球类游戏时的各项测数。他们获得的数据记录与当今最先进的扫描仪所获得的数据不相上下。

梵蒂冈瑞士卫队3D打印头盔

2018年5月,梵蒂冈瑞士卫队新成员准备宣誓就职,在就职仪式上,瑞士卫队也利用3D打印技术升级了自己的制服装备,他们将放弃传统的文艺复兴式的金属头盔,而改用3D打印的PVC材料头盔。

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新式的3D打印头盔成本更加便宜,卫队成员佩戴起来也会感觉更加舒适,它跟旧式头盔相比,更容易让士兵保持头部的凉爽。据悉,瑞士卫队目前在寻找赞助商来打印这种头盔,预计每个头盔的价格维持在约6700元人民币左右,是目前金属头盔价格的一半。

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3D打印死亡警卫头盔
《星球大战》系列电影在全球收割了无数粉丝,甚至东风日产公司也是它的疯狂粉丝,2019年,该公司发布了一款星球大战限量版的车——日产Rogue One,只要购买该车就能得到的一个限量版3D打印的死亡警卫头盔。
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这个头盔是由3DSystems公司2014年收购的温柔巨人工作室出产,它主打娱乐和玩具行业的3D建模,曾为2016格莱美颁奖典礼上Lady Gaga向David Bowie致敬表演设计服装和布景,在接到日产这个合作任务后,温柔巨人工作室在三个月内就打造出了这个超过5400个细节的独家头盔副本。他们首先需要进行数字建模,在雕刻出了头盔模型后,使用扫描数据和《星球大战》官方的服装照片建立可3D打印的模型,再将其分成单独的部分以方便打印。

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模型文件被传送到3D Systems的SLA 3D打印机 ProX 800进行打印,最终尺寸为15″ x 11.5″ x 10″
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据该工作室称,在加速设计验证过程中3D打印是关键的环节,设计通过验证后,这些SLA原型将用于玻璃纤维生产模具,通过这些模具,该工作室以最少的浪费和最高的质量在限定的时间内完成日产公司提出的要求。


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