VICIS聯(lián)合Carbon推出NFL頂級3D打印頭盔，集成減震彈性體材料和吸能晶格結(jié)構(gòu)

2025年5月12日，南極熊獲悉，橄欖球頭盔制造商VICIS今日與總部位于加州的增材制造公司Carbon合作，開發(fā)了一款采用 3D 打印晶格結(jié)構(gòu)的全新定制頭盔——ZERO2 MATRIX。這是一款模塊化頭盔，將 Carbon 最新的減震彈性體材料與 VICIS 自主研發(fā)的晶格結(jié)構(gòu)相結(jié)合。這項(xiàng)技術(shù)已嵌入 VICIS ZERO2MATRIX QB 和 ZERO2-R MATRIX TRENCH 中——這兩款頭盔專為特定位置而設(shè)計(jì)，旨在應(yīng)對四分衛(wèi)和前鋒所經(jīng)歷的不同沖擊力。

NFL和NFLPA與生物力學(xué)研究人員合作，改進(jìn)了頭盔測試方案，以模擬比賽中遇到的真實(shí)沖擊。這些測試結(jié)果每年都會以排名表的形式發(fā)布。VICIS 在 2023 年的排名中位居前五，其中三款頭盔采用了 Carbon 的 3D 打印 MATRIX貼合系統(tǒng)。今年是 NFL 首次為線衛(wèi)專用防護(hù)系統(tǒng)使用這一稱號。目前只有兩款頭盔獲得了此稱號：VICIS 的 TRENCH 系列。其中評級最高的ZERO2-R MATRIX ID TRENCH采用了 Carbon 的沖擊吸收晶格系統(tǒng)。

為了提升現(xiàn)有 ZERO2 型號的性能，VICIS工程師們轉(zhuǎn)向了一種模塊化晶格系統(tǒng)：既能提供機(jī)械保護(hù)，又能確保穩(wěn)固貼合。團(tuán)隊(duì)使用內(nèi)部 Carbon 3D 打印機(jī)和 FEA 模型，評估了多種晶格結(jié)構(gòu)，最終選定了六面體單元。這種幾何結(jié)構(gòu)兼具理想的初始剛度和可控屈曲性能，而這兩項(xiàng)特性對于沖擊過程中的能量吸收至關(guān)重要。

△VICISZERO2 MATRIX 頭盔采用 Carbon 的 3D 打印晶格結(jié)構(gòu)。圖片來自 VICIS。

用可重復(fù)的晶格圖案填充曲面頭盔內(nèi)部的挑戰(zhàn)促使VICIS采用了Carbon的設(shè)計(jì)引擎軟件。平面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)不足以貼合人體頭部的解剖形狀，雙方聯(lián)手開發(fā)了一種體積填充策略，以保持復(fù)雜幾何形狀的均勻性。這種方法產(chǎn)生的晶格圖案規(guī)則，邊緣暴露，需要額外的支撐。沿著網(wǎng)格外表面施加的第二層網(wǎng)格層起到了支撐作用，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)完整性并改善了表面光潔度。

EPU 45 是 Carbon 公司最新研發(fā)的耗能彈性體，也是 MATRIX 剎車片的基礎(chǔ)材料。EPU 45 經(jīng)過精心調(diào)校，能夠有效提升應(yīng)變率靈敏度，幫助工程師降低材料密度，同時(shí)保持良好的減震性能。這使得剎車片更輕、透氣性更好，打印速度更快，有助于降低生產(chǎn)成本，同時(shí)又不犧牲性能指標(biāo)。

為了確保合適的貼合度和舒適度，VICIS 依靠頭部掃描來根據(jù)運(yùn)動員的個(gè)人情況定制頭盔內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，考慮到運(yùn)動員對舒適度的主觀感受存在差異，VICIS 為運(yùn)動員提供了多種貼合度選擇。這套混合系統(tǒng)將數(shù)據(jù)驅(qū)動的定制化與用戶反饋相結(jié)合，打造了一個(gè)適應(yīng)性強(qiáng)的平臺，不會損害頭盔的長期穩(wěn)定性。

△采用 Carbon Design Engine 和 EPU 45 彈性體開發(fā)的模塊化弧形晶格墊。圖片來自 Carbon。

自 2017 年推出 ZERO1 頭盔以來，VICIS 始終將快速迭代置于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程之上。借助 Carbon 的增材制造平臺，VICIS 能夠使用工程級材料進(jìn)行實(shí)時(shí)原型設(shè)計(jì)，并在幾天內(nèi)完成內(nèi)部測試樣品的打印和評估。這種快速驗(yàn)證和重新設(shè)計(jì)的循環(huán)，使 ZERO2 MATRIX 成為 NFL 常規(guī)和特定位置安全排名中的頂級頭盔。

定制頭盔設(shè)計(jì)中的增材制造

2024年，捷普與KAV Sports合作，采用增材制造技術(shù)和專有尼龍?zhí)祭w維復(fù)合材料生產(chǎn)定制自行車頭盔。KAV Portola頭盔已獲得美國消費(fèi)品安全委員會的認(rèn)證，抗沖擊性能超出標(biāo)準(zhǔn)25%以上。捷普材料創(chuàng)新中心在最終確定材料之前，開發(fā)了30多種聚合物配方。所開發(fā)材料經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，具有優(yōu)異的耐高低溫性能、能量吸收能力和更高的層間粘合性。這些頭盔采用3D打印技術(shù)，按訂單生產(chǎn)，生產(chǎn)周期為兩到三周。

2023年，Bauer Hockey與EOS合作，采用3D打印數(shù)字泡沫技術(shù)和選擇性激光燒結(jié)技術(shù)生產(chǎn)個(gè)性化頭盔內(nèi)襯。每個(gè)內(nèi)襯均根據(jù)球員頭部掃描數(shù)據(jù)制作而成，并集成到Bauer的REAKT頭盔系列中。這些內(nèi)襯采用不同的晶格幾何形狀，重量僅為580克，透氣舒適。EOS于2019年啟動了數(shù)字泡沫項(xiàng)目，并通過工程咨詢公司Additive Minds為Bauer提供支持。Bauer的MyBauer平臺支持通過這種方法實(shí)現(xiàn)裝備的大規(guī)模定制。

△KAV Rhoan 3D打印氣動騎行頭盔側(cè)視圖。圖片來自 KAV Helmets。