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北京時(shí)間 5 月 31 日凌晨 3：23 ，SpaceX 新的載人龍飛船在美國(guó)肯尼迪航天中心 39A 發(fā)射臺(tái)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(wù)的是兩名資深宇航員鮑勃·本肯 (Bob Behnken)、道格·赫爾利 (Doug Hurley)。
細(xì)心的你可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在這次太空飛行任務(wù)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(lái)更加輕便、利落。其中，宇航員佩戴的頭盔，是這次發(fā)射任務(wù)中除了獵鷹9號(hào)火箭和龍飛船2號(hào)以外又一應(yīng)用3D打印技術(shù)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(shù)制造的。
定制、功能集成，簡(jiǎn)約
在這次飛行任務(wù)中使用的SpaceX的宇航服套裝采用了一體式的白色設(shè)計(jì)。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(huì)上表示，宇航服在飛行前經(jīng)過(guò)了嚴(yán)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(shí)驗(yàn)-1號(hào)試飛中，進(jìn)行了太空飛行實(shí)驗(yàn)。
SpaceX 對(duì)宇航服的設(shè)計(jì)特征進(jìn)行保密，但是該公司強(qiáng)調(diào)，宇航服套裝與宇航員用來(lái)監(jiān)視龍飛船系統(tǒng)并導(dǎo)航到空間站的大型計(jì)算機(jī)面板是共生的。據(jù)美國(guó)宇航局(NASA)，每套宇航服都是為宇航員量身定制的，旨在實(shí)現(xiàn)功能性、輕便性，并提供保護(hù)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(shù)定制制造的，頭盔內(nèi)部集成了一系列功能，包括內(nèi)置風(fēng)冷，用于收縮和鎖定遮陽(yáng)板的機(jī)制，以及麥克風(fēng)等。
SpaceX 與NASA 并未透露有關(guān)3D打印頭盔的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。但根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)觀察，在專業(yè)體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，防護(hù)頭盔的增材制造應(yīng)用已在商業(yè)化的路上。3D科學(xué)谷將在頭盔制造中應(yīng)用到的典型3D打印技術(shù)、材料及設(shè)計(jì)做了盤點(diǎn)，透過(guò)這些技術(shù)，我們?nèi)钥梢愿惺艿?D打印技術(shù)為防護(hù)頭盔制造所帶來(lái)的創(chuàng)新性。
“擾亂”當(dāng)前泡沫行業(yè)
惠普MJF 3D打印技術(shù)
自行車頭盔的設(shè)計(jì)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(hù)功能。但是3D打印技術(shù)為自行車頭盔等運(yùn)動(dòng)安全防護(hù)產(chǎn)品創(chuàng)造了重塑的機(jī)會(huì)。自行車頭盔品牌Kupol 利用3D打印技術(shù)為設(shè)計(jì)帶來(lái)的自由度，對(duì)頭盔設(shè)計(jì)進(jìn)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(shù)是“Kollide 安全系統(tǒng)(Kollide Safety System)”，該系統(tǒng)分為三層，在設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)在受到撞擊時(shí)坍塌，從而吸收撞擊力，起到安全保護(hù)的作用。
Kupol 起初通過(guò)PA12材料和惠普的MJF 3D打印設(shè)備來(lái)制造這個(gè)結(jié)構(gòu)，3D打印組件中具有上百個(gè)微孔，形成了透氣網(wǎng)絡(luò)，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(diǎn)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(shù)
提供數(shù)字光合成(DLS)3D打印技術(shù)的企業(yè)Carbon，正在通過(guò)3D打印點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及多種彈性體材料，“擾亂”當(dāng)前的泡沫塑料行業(yè)。Carbon認(rèn)為其3D打印材料可以部分取代現(xiàn)有的泡沫塑料市場(chǎng)，包括跑鞋的緩沖底以及頭盔的緩沖材料，這一技術(shù)已在阿迪達(dá)斯運(yùn)動(dòng)鞋中底生產(chǎn)中得到應(yīng)用，曲棍球設(shè)備制造商CCM Hockey 也將應(yīng)用該技術(shù)開發(fā)運(yùn)動(dòng)員防護(hù)產(chǎn)品。
雖然當(dāng)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(jié)構(gòu)將以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)取代部分的泡沫塑料市場(chǎng)。為此，Carbon可以說(shuō)是軟硬結(jié)合，除了所擅長(zhǎng)的材料組合，使用Carbon的軟件，用戶可以簡(jiǎn)單地輸入零件的設(shè)計(jì)約束(例如重量和尺寸)及其所需的機(jī)械性能，即可獲得滿足其特定需求的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)材料。
可控的機(jī)械性能實(shí)現(xiàn)能力可能會(huì)對(duì)目前依靠泡沫材料提供舒適感的應(yīng)用(例如軟墊椅子或頭枕)以及安全方面的應(yīng)用(例如頭盔)或者運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用(例如運(yùn)動(dòng)器材或運(yùn)動(dòng)鞋)等帶來(lái)商業(yè)機(jī)會(huì)。這是在沖擊泡沫塑料行業(yè)方面，Carbon認(rèn)為凡事皆有可能的依據(jù)。
增材制造設(shè)計(jì)與3D打印、材料有機(jī)融合
EOS 推出了 Digital Foam™計(jì)劃，降低了將 3D 打印彈性泡沫推向市場(chǎng)的難度，且實(shí)現(xiàn)了將CAD、材料、零部件驗(yàn)證和增材制造(3D 打印)等諸多環(huán)節(jié)的有機(jī)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(duì)每個(gè)體素(體積像素)進(jìn)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(wèn)題，并將客戶的創(chuàng)意快速轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品。它賦予客戶一條捷徑，可快速3D打印生產(chǎn)保護(hù)性頭盔、個(gè)性化矯形器、高性能鞋具以及其他各類應(yīng)用產(chǎn)品。
Digital Foam™計(jì)劃中的3D打印彈性泡沫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，源于nTopology公司的技術(shù)。在3D打印頭盔、鞋墊、中底等緩震組件中常用的增材制造點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，具有輕質(zhì)、吸能等性能，然而這類點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性已經(jīng)超過(guò)了傳統(tǒng)CAD軟件的原有設(shè)計(jì)功能。對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改的時(shí)候，例如僅在節(jié)點(diǎn)，橫梁和連接體之間應(yīng)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(shí)候往往變得“浩瀚無(wú)邊”。這種低附加值的工作會(huì)延緩工程流程，抑制真正的創(chuàng)新，并扼殺3D打印應(yīng)用企業(yè)保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的能力。
nTopology公司的nTop平臺(tái)提供了自動(dòng)化的設(shè)計(jì)解決方案，如自動(dòng)圓角化的解決方案，通過(guò)啟用nTop平臺(tái)的高級(jí)計(jì)算方法，可以通過(guò)輸入圓角值(包括較大的圓角值)，消除了設(shè)計(jì)師對(duì)模型故障的擔(dān)心。由其在高級(jí)數(shù)學(xué)方面的基礎(chǔ)，在處理復(fù)雜的建模情況下，nTop平臺(tái)在數(shù)據(jù)傳輸或迭代過(guò)程中不容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或模型破壞。滿足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員的迫切需求，需要快速，創(chuàng)新的設(shè)計(jì)迭代和優(yōu)化，以及將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地傳輸?shù)接糜谥圃齑祟惍a(chǎn)品的3D打印設(shè)備上。
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