SpaceX龍飛船宇航員穿戴了3D打印頭盔，簡約但不簡單

2020-06-08 09:06:50來源：3D科學谷關鍵詞：3D打印閱讀量：26871

導讀：在SpaceX 新的載人龍飛船上，兩名宇航員所佩戴的白色頭盔幾乎全部是3D打印技術制造的。

　　北京時間 5 月 31 日凌晨 3：23 ，SpaceX 新的載人龍飛船在美國肯尼迪航天中心 39A 發(fā)射臺成功發(fā)射，在觀眾的注視下，載著兩名宇航員前往空間站。執(zhí)行此次飛行任務的是兩名資深宇航員鮑勃·本肯 (Bob Behnken)、道格·赫爾利 (Doug Hurley)。

　　細心的你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這次太空飛行任務中，兩名宇航員所穿著宇航服套裝比我們以往印象中那些厚重的宇航服看起來更加輕便、利落。其中，宇航員佩戴的頭盔，是這次發(fā)射任務中除了獵鷹9號火箭和龍飛船2號以外又一應用3D打印技術的裝置。兩名宇航員所佩戴的白色頭盔幾乎全部是3D打印技術制造的。

　　定制、功能集成，簡約

　　在這次飛行任務中使用的SpaceX的宇航服套裝采用了一體式的白色設計。SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克曾透露，宇航員可以穿著這款宇航服“真空室”中蹦蹦跳跳。

　　宇航員赫爾利曾在5月1日的飛行前新聞發(fā)布會上表示，宇航服在飛行前經(jīng)過了嚴格檢查，例如是否漏水，檢查其通訊系統(tǒng)。這套宇航服，包括頭盔在內(nèi)，已在2018年獵鷹重型火箭發(fā)射以及2019年龍飛船實驗-1號試飛中，進行了太空飛行實驗。

　　SpaceX 對宇航服的設計特征進行保密，但是該公司強調(diào)，宇航服套裝與宇航員用來監(jiān)視龍飛船系統(tǒng)并導航到空間站的大型計算機面板是共生的。據(jù)美國宇航局(NASA)，每套宇航服都是為宇航員量身定制的，旨在實現(xiàn)功能性、輕便性，并提供保護以防可能的降壓。

　　NASA 表示，宇航服套裝中的頭盔是使用3D打印技術定制制造的，頭盔內(nèi)部集成了一系列功能，包括內(nèi)置風冷，用于收縮和鎖定遮陽板的機制，以及麥克風等。

　　SpaceX 與NASA 并未透露有關3D打印頭盔的設計與制造技術。但根據(jù)3D科學谷的市場觀察，在專業(yè)體育運動領域，防護頭盔的增材制造應用已在商業(yè)化的路上。3D科學谷將在頭盔制造中應用到的典型3D打印技術、材料及設計做了盤點，透過這些技術，我們?nèi)钥梢愿惺艿?D打印技術為防護頭盔制造所帶來的創(chuàng)新性。

　　“擾亂”當前泡沫行業(yè)

　　惠普MJF 3D打印技術

　　自行車頭盔的設計方式在20多年里并沒有太大變化，它們由硬塑料外殼和聚苯乙烯泡沫內(nèi)襯組成，為佩戴者提供基本保護功能。但是3D打印技術為自行車頭盔等運動安全防護產(chǎn)品創(chuàng)造了重塑的機會。自行車頭盔品牌Kupol 利用3D打印技術為設計帶來的自由度，對頭盔設計進行了革新，使頭盔具有了更好的安全性、透氣性和舒適度。

　　與傳統(tǒng)的硬塑料外殼和聚苯乙烯泡沫內(nèi)襯頭盔不同的是，Kupol 頭盔的核心技術是“Kollide 安全系統(tǒng)(Kollide Safety System)”，該系統(tǒng)分為三層，在設計上與傳統(tǒng)聚苯乙烯泡沫內(nèi)襯頭盔相比極具顛覆性，其中間層為3D KORE 系統(tǒng),該結構在受到撞擊時坍塌，從而吸收撞擊力，起到安全保護的作用。

　　Kupol 起初通過PA12材料和惠普的MJF 3D打印設備來制造這個結構，3D打印組件中具有上百個微孔，形成了透氣網(wǎng)絡，這使頭盔具有良好的透氣性。

　　巴斯夫公司開發(fā)了新型熱塑性聚氨酯(TPU) ULTRASINT™。Kupol已經(jīng)使用了新的TPU材料，該材料的柔性和彈性特點適合為自行車手和其他體育專業(yè)人員制造安全、舒適的頭盔。

　　Carbon 數(shù)字光合成3D打印技術

　　提供數(shù)字光合成(DLS)3D打印技術的企業(yè)Carbon，正在通過3D打印點陣結構設計以及多種彈性體材料，“擾亂”當前的泡沫塑料行業(yè)。Carbon認為其3D打印材料可以部分取代現(xiàn)有的泡沫塑料市場，包括跑鞋的緩沖底以及頭盔的緩沖材料，這一技術已在阿迪達斯運動鞋中底生產(chǎn)中得到應用，曲棍球設備制造商CCM Hockey 也將應用該技術開發(fā)運動員防護產(chǎn)品。

　　雖然當前的泡沫塑料仍然發(fā)揮著舒適性、安全性的作用，但Carbon相信其定制化的3D打印結構將以其獨特的優(yōu)勢取代部分的泡沫塑料市場。為此，Carbon可以說是軟硬結合，除了所擅長的材料組合，使用Carbon的軟件，用戶可以簡單地輸入零件的設計約束(例如重量和尺寸)及其所需的機械性能，即可獲得滿足其特定需求的點陣結構材料。

　　可控的機械性能實現(xiàn)能力可能會對目前依靠泡沫材料提供舒適感的應用(例如軟墊椅子或頭枕)以及安全方面的應用(例如頭盔)或者運動領域的應用(例如運動器材或運動鞋)等帶來商業(yè)機會。這是在沖擊泡沫塑料行業(yè)方面，Carbon認為凡事皆有可能的依據(jù)。

　　增材制造設計與3D打印、材料有機融合

　　EOS 推出了 Digital Foam™計劃，降低了將 3D 打印彈性泡沫推向市場的難度，且實現(xiàn)了將CAD、材料、零部件驗證和增材制造(3D 打印)等諸多環(huán)節(jié)的有機融合。

　　3D打印彈性泡沫使用TPU或PEBA等柔韌性極高的聚合物材料，可以對每個體素(體積像素)進行深度微調(diào)，從而獲得絕佳的舒適性、安全性和功能性。根據(jù)EOS，Digital Foam可解決客戶可能遇到的諸多變化因素或問題，并將客戶的創(chuàng)意快速轉化為實際產(chǎn)品。它賦予客戶一條捷徑，可快速3D打印生產(chǎn)保護性頭盔、個性化矯形器、高性能鞋具以及其他各類應用產(chǎn)品。

　　Digital Foam™計劃中的3D打印彈性泡沫結構設計，源于nTopology公司的技術。在3D打印頭盔、鞋墊、中底等緩震組件中常用的增材制造點陣結構，具有輕質(zhì)、吸能等性能，然而這類點陣結構的復雜性已經(jīng)超過了傳統(tǒng)CAD軟件的原有設計功能。對設計進行修改的時候，例如僅在節(jié)點，橫梁和連接體之間應用圓角或倒圓角所涉及的工作量在使用傳統(tǒng)軟件工具的時候往往變得“浩瀚無邊”。這種低附加值的工作會延緩工程流程，抑制真正的創(chuàng)新，并扼殺3D打印應用企業(yè)保持競爭優(yōu)勢的能力。

　　nTopology公司的nTop平臺提供了自動化的設計解決方案，如自動圓角化的解決方案，通過啟用nTop平臺的高級計算方法，可以通過輸入圓角值(包括較大的圓角值)，消除了設計師對模型故障的擔心。由其在高級數(shù)學方面的基礎，在處理復雜的建模情況下，nTop平臺在數(shù)據(jù)傳輸或迭代過程中不容易出現(xiàn)錯誤或模型破壞。滿足了產(chǎn)品設計人員的迫切需求，需要快速，創(chuàng)新的設計迭代和優(yōu)化，以及將設計數(shù)據(jù)準確地傳輸?shù)接糜谥圃齑祟惍a(chǎn)品的3D打印設備上。

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