[发明专利]一种自适应晶格型3D打印头盔缓冲层及其制作方法

说明书

本发明一种自适应晶格型3D打印头盔缓冲层及其制作方法，涉及缓冲减震结构技术领域，包括内层桁架及外层桁架，所述外层桁架设置在所述内层桁架的外侧，并通过支撑单元进行连接，所述支撑单元的刚度小于所述外层桁架及其所述内层桁架的刚度，且所述内层桁架与所述外层桁架之间具有允许二者相对产生切向滑移的间隙；当缓冲层受到外界冲击时，外层桁架与内层桁架产生相对滑移，能够对切向力产生缓冲作用，从而降低切向力对人体颈部、脊椎造成损伤的风险；并且桁架结构的杆件产生拉伸变形，还能够对法向冲击力进行缓冲作用。

技术领域

本发明涉及缓冲减震结构技术领域，特别是涉及一种自适应晶格型3D打印头盔缓冲层及其制作方法。

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。传统的头盔由壳体、缓冲层、舒适衬垫和佩戴装置等组成，缓冲层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，可能会造成颅骨骨折等伤害，剪切冲击力引起头部的旋转加速度，可能造成脊椎扭转等伤害。

传统的缓冲层常采用聚苯乙烯（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，但是在降低头部的旋转加速度能力方面存在较多不足，如申请号为“201680017968 .2”，名称为“一种吸震结构和具有这种结构的头盔”的发明专利。

因此，研制一种能够明显降低剪切冲击力的头盔缓冲层是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应晶格型3D打印头盔缓冲层及其制作方法，以解决现有技术存在的问题，对头盔受到的切向冲击力产生良好地缓冲作用，从而降低切向冲击力对人体颈部、脊椎造成损伤的风险。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自适应晶格型3D打印头盔缓冲层，包括内层桁架及外层桁架，所述外层桁架设置在所述内层桁架的外侧，并通过支撑单元进行连接，所述支撑单元的刚度小于所述外层桁架及其所述内层桁架的刚度，且所述内层桁架与所述外层桁架之间具有允许二者相对产生切向滑移的间隙。

优选的，所述内层桁架与所述外层桁架均包括相连接的若干晶格单元，所述支撑单元包括均匀分布在所述外层桁架与所述内层桁架之间的支撑分体，所述支撑分体包括支撑杆，所述支撑杆的两端分别与所述内层桁架中的所述晶格单元、所述外层桁架中的所述晶格单元连接，且所述支撑杆的高度大于所述外层桁架的厚度，也大于所述内层桁架的厚度，所述内层桁架与所述外层桁架中的单位面积上具有若干个所述晶格单元以及1根支撑杆。

优选的，所述晶格单元的整体材料相对密度为0.05~0.3。

优选的，所述晶格单元为棱柱状的桁架结构；所述支撑分体还至少包括两根连接杆，所述连接杆交叉设置，且端部分别固定在所述内层桁架或所述外层桁架中所述晶格单元上，所述支撑杆垂直于若干所述连接杆构成的平面，且一端固定在若干所述连接杆的交点处，另一端固定在所述外层桁架或所述内层桁架中所述晶格单元的棱边上。

优选的，所述内层桁架与所述外层桁架均分割为前额面、头顶面、左侧面、右侧面、脑后侧面5部分，相邻两部分连接固定。

优选的，每部分上所述支撑分体的数量为4~6个；所述支撑杆的直径不大于所述中间杆的直径。

优选的，所述晶格单元包括上层框与下层框，所述上层框与所述下层框通过中间杆连接，所述中间杆的两端分别连接所述上层框与所述下层框的顶点，且若干所述中间杆长度相等且平行设置；

所述连接杆的两端部分别固定在所述内层桁架中所述下层框或所述外层桁架中所述上层框的顶点或棱边上，所述支撑杆一端固定在若干所述连接杆的交点处，另一端固定在所述外层桁架中所述上层框或所述内层桁架中所述下层框的棱边的中部或端部。