SpaceX 龙飞船宇航员穿戴了3D打印头盔，简约但功能复杂

北京时间 5 月 31 日凌晨 3：23 ，SpaceX 最新的载人龙飞船在美国肯尼迪航天中心 39A 发射台成功发射，在全球观众的注视下，载着两名宇航员前往国际空间站。执行此次飞行任务的是两名资深宇航员鲍勃·本肯 (Bob Behnken)、道格·赫尔利 (Doug Hurley）。

细心的你可能已经发现，在这次太空飞行任务中，两名宇航员所穿着宇航服套装比我们以往印象中那些厚重的宇航服看起来更加轻便、利落。其中，宇航员佩戴的头盔，是这次发射任务中除了猎鹰9号火箭和龙飞船2号以外又一应用3D打印技术的装置。两名宇航员所佩戴的白色头盔几乎全部是3D打印技术制造的。

▲身穿SpaceX宇航服的宇航员鲍勃·本肯 (左)与道格·赫尔利

来源： SpaceX

定制、功能集成  简约

在这次飞行任务中使用的SpaceX的宇航服套装采用了一体式的白色设计。SpaceX创始人埃隆·马斯克曾透露，宇航员可以穿着这款宇航服“真空室”中蹦蹦跳跳。

宇航员赫尔利曾在5月1日的飞行前新闻发布会上表示，宇航服在飞行前经过了严格检查，例如是否漏水，检查其通讯系统。这套宇航服，包括头盔在内，已在2018年猎鹰重型火箭发射以及2019年龙飞船实验-1号试飞中，进行了太空飞行实验。

SpaceX 对宇航服的设计特征进行保密，但是该公司强调，宇航服套装与宇航员用来监视龙飞船系统并导航到国际空间站的大型计算机面板是共生的。据美国宇航局（NASA），每套宇航服都是为宇航员量身定制的，旨在实现功能性、轻便性，并提供保护以防可能的降压。

▲宇航员的3D打印头盔

来源：Mashable

NASA 表示，宇航服套装中的头盔是使用3D打印技术定制制造的，头盔内部集成了一系列功能，包括内置风冷，用于收缩和锁定遮阳板的机制，以及麦克风等。    

SpaceX 与NASA 并未透露有关3D打印头盔的设计与制造技术。但根据3D科学谷的市场观察，在专业体育运动领域，防护头盔的增材制造应用已在商业化的路上。3D科学谷将在头盔制造中应用到的典型3D打印技术、材料及设计做了盘点，透过这些技术，我们仍可以感受到3D打印技术为防护头盔制造所带来的创新性。

3D科学谷  Review

l “扰乱”当前泡沫行业

惠普MJF 3D打印技术

自行车头盔的设计方式在20多年里并没有太大变化，它们由硬塑料外壳和聚苯乙烯泡沫内衬组成，为佩戴者提供基本保护功能。但是3D打印技术为自行车头盔等运动安全防护产品创造了重塑的机会。自行车头盔品牌Kupol 利用3D打印技术为设计带来的自由度，对头盔设计进行了革新，使头盔具有了更好的安全性、透气性和舒适度。

与传统的硬塑料外壳和聚苯乙烯泡沫内衬头盔不同的是，Kupol 头盔的核心技术是“Kollide 安全系统(Kollide Safety System)”，该系统分为三层，在设计上与传统聚苯乙烯泡沫内衬头盔相比极具颠覆性，其中间层为3D KORE 系统,该结构在受到撞击时坍塌，从而吸收撞击力，起到安全保护的作用。

Kupol 起初通过PA12材料和惠普的MJF 3D打印设备来制造这个结构，3D打印组件中具有上百个微孔，形成了透气网络，这使头盔具有良好的透气性。

▲采用巴斯夫新型TPU 材料打印的Kupol头盔内部结构

来源：惠普

巴斯夫公司开发了新型热塑性聚氨酯(TPU) ULTRASINT™。Kupol已经使用了新的TPU材料，该材料的柔性和弹性特点适合为自行车手和其他体育专业人员制造安全、舒适的头盔。

Carbon 数字光合成3D打印技术

提供数字光合成（DLS）3D打印技术的企业Carbon，正在通过3D打印点阵结构设计以及多种弹性体材料，“扰乱”当前的泡沫塑料行业。Carbon认为其3D打印材料可以部分取代现有的泡沫塑料市场，包括跑鞋的缓冲底以及头盔的缓冲材料，这一技术已在阿迪达斯运动鞋中底生产中得到应用，曲棍球设备制造商CCM Hockey 也将应用该技术开发运动员防护产品。

▲CCM 正在通过3D打印技术开发下一代运动员防护产品

来源：Carbon

虽然当前的泡沫塑料仍然发挥着舒适性、安全性的作用，但Carbon相信其定制化的3D打印结构将以其独特的优势取代部分的泡沫塑料市场。为此，Carbon可以说是软硬结合，除了所擅长的材料组合，使用Carbon的软件，用户可以简单地输入零件的设计约束（例如重量和尺寸）及其所需的机械性能，即可获得满足其特定需求的点阵结构材料。

可控的机械性能实现能力可能会对目前依靠泡沫材料提供舒适感的应用（例如软垫椅子或头枕）以及安全方面的应用（例如头盔）或者运动领域的应用（例如运动器材或运动鞋）等带来商业机会。这是在冲击泡沫塑料行业方面，Carbon认为凡事皆有可能的依据。

增材制造设计与3D打印、材料有机融合

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。

▲用EOS PA 1101材料定制的自行车头盔

来源：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。对设计进行修改的时候，例如仅在节点，横梁和连接体之间应用圆角或倒圆角所涉及的工作量在使用传统软件工具的时候往往变得“浩瀚无边”。这种低附加值的工作会延缓工程流程，抑制真正的创新，并扼杀3D打印应用企业保持竞争优势的能力。

▲采用nTop 平台设计的创新自行车头盔

来源：nTopology

nTopology公司的nTop平台提供了自动化的设计解决方案，如自动圆角化的解决方案，通过启用nTop平台的高级计算方法，可以通过输入圆角值（包括较大的圆角值），消除了设计师对模型故障的担心。由其在高级数学方面的基础，在处理复杂的建模情况下，nTop平台在数据传输或迭代过程中不容易出现错误或模型破坏。满足了产品设计人员的迫切需求，需要快速，创新的设计迭代和优化，以及将设计数据准确地传输到用于制造此类产品的3D打印设备上。

（3D科学谷）

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