Ein Team chinesischer Forscher untersuchte zusammen mit dem 3D-Druck-Unternehmen Farsoon Technologies die Herstellung optimierter Bobfahrerhelme. Mit der Dual-Laser Flight®-3D-Druck-Technologie von Farsoon Technologies ist es ihnen gelungen, ein verbessertes Helmfutter für mehr Sicherheit und Tragekomfort anzufertigen. Wir stellen es vor.

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Am 4. Februar haben die Olympischen Winterspiele 2022 in Peking begonnen. Eine der Disziplinen ist das Bobfahren, ein Rennen mit schwerkraftbetriebenen Schlitten auf einer schmalen, mit Eis bedeckten Strecke, bei der die Athleten Geschwindigkeiten von bis zu 160 km/h erreichen. Zur Schutzausrüstung der Fahrer gehören ganz besonders die Bob-Integralhelme, die nicht nur sicher, sondern auch komfortabel sein sollen.

Der Assoc. Prof. Li Nan von der Dongguan University of Technology leitete ein Forschungs- und Entwicklungsteam für Bobhelme, das gemeinsam mit Farsoon Technologies und der Wanhua Chemical Group den 3D-Druck mit einbezog, wie Farsoon Technologies in einer Pressemitteilung, die das 3D-grenzenlos Magazin erreicht hat, berichtet.

Prof. Li Nan sagt:

„Mechanische Festigkeit, Gewichtsreduzierung und anpassbare Passform – das sind die Schlüsselfaktoren, um die beste Leistung des Helms zu erzielen. Im Vergleich zur traditionellen Fertigung bietet uns der 3D-Druck mehr Möglichkeiten zur Designoptimierung und Anpassung. Wir sind stolz darauf, mit den Innovationsführern in den Bereichen 3D-Druck, Materialwissenschaft und Design-Prototyping zusammenzuarbeiten, um gemeinsam diesen brandneuen Bobhelm zu entwickeln.“

3D-Druck mit Dual-Laser Flight®-Technologie von Farsoon

Die Forscher nutzten ein spezielles TPU-Material von Wanhua Chemical und druckten es mit der Dual-Laser Flight®-Technologie von Farsoon in 3D.

Dr. Yang Jie, Strategy R&D Manager von Wanhua Chemical, sagte:

„Um die Anforderungen an hervorragende Tragfähigkeit, Stoßfestigkeit und Stoßdämpfungsleistung für das Helmfutter zu erfüllen, haben wir das TPU-Material WF-PU95AB speziell für das Faserlaser-Sinterverfahren von Farsoon entwickelt. Wir haben die anspruchsvollen technischen Probleme wie Laserabsorption, Pulverbeschichtung für die TPU-Materialverarbeitung gelöst und gute physikalische Eigenschaften wie Elastizität und Flexibilität selbst bei einer Temperatur von bis zu -35 °C erreicht.“

Die Dual-Faser-Laser-Flight®-Technologie von Farsoon nutzt zwei leistungsstarke 300-Watt-Faserlaser sowie zwei dynamische optische Systeme und erzeugt zwei ultrafeine Laserpunkte mit einer Scangeschwindigkeit von jeweils bis zu 20 m/s. Die erweiterte Zylindergröße des Flight 403P, der auch bei Unternehmen wie Rapid Parts Solutions eingesetzt wird, beträgt 400 × 400 × 450 mm. Damit ist das System in der Lage, zwei Bob-Helmverkleidungen in einem Bauabschnitt in nur 7,5 Stunden zu drucken.

3D-gedruckte Gitterstrukturen für Bobhelm
Für das Futter des Bobhelms verwendeten die Forscher ein spezielles TPU-Material von Wanhua Chemical, das mit der Dual-Laser Flight®-Technologie von Farsoon in 3D gedruckt wurde (im Bild: mehrere 3D-gedruckte Gitterstrukturen)(Bild © Farsoon Technologies).

Weitere Details

Li kombinierte verschiedene Parameter wie Laserleistung, Scanabstand und Schichtdicke und testete, welches die am besten geeigneten Verarbeitungsparameter waren, die die ideale Balance zwischen mechanischer Leistung und der Gewichtsanforderungen der Gitterstruktur der Helme ermöglichen.

Bobhelm-Gitterstruktur
Die Dongguan University of Technology verifizierte das Design des Bobhelms (im Bild: Gitterstruktur)(Bild © Farsoon Technologies).

Mit Hilfe von 3D-Scannern sammelten die Forscher die Daten für die Anpassung des Gitterdesigns an den Kopf des Athleten. Es entstand eine bessere Selbstanpassung an die Schwerkraft. Der neue Helm bietet außerdem mehr Tragekomfort und Sicherheit im Wettkampf.

Das Ergebnis der Forschung war eine Gitterstruktur aus mehreren Schichten und Pufferzonen unterschiedlicher Härtegrade. Bereiche mit höherer Kollisionsfrequenz sind mit einer strukturellen Verteilung unterschiedlicher Dichte ausgestattet, die den durch Kopfkollision verursachen Schaden absorbieren. Die Aufprallzonen halten den einwirkenden Kräften bei einer Kollision stand und schützen den Athleten. Der fertige Helm wiegt mit der Kohlefaserschale und dem 3D-gedruckten Gitterfutter nur 1,1 kg. Das sind 500 Gramm weniger als bei herkömmlichen Helmen.

Li sagt:

„Dank der Hochgeschwindigkeits-Dual-Laser-Flight®-Technologie von Farsoon sind wir in der Lage, ein kundenspezifisches Design und einen beschleunigten Herstellungsprozess zu erreichen. Wir sind von der Leistung der neuen Generation von kundenspezifischen Helmen beeindruckt, ebenso wie von der Schlagfestigkeit des Helmfutters, die verglichen zum internationalen Standard um 40 % erhöht ist. Die Verwendung 3D-gedruckter Gitterstrukturen zur Herstellung von Sportschutzteilen bietet neue Möglichkeiten für die Aufwertung von Helmen, Rüstungen und anderer Schutzausrüstung.“

Bobhelmfutter und Bobhelm
Das Forscherteam hatte das Ziel, einen besseren Bobhelm zu entwickeln, der die Fahrer beim Aufprall optimaler schützt und gleichzeitig komfortabel bleibt (im Bild: Gitterstruktur und Helm)(Bild © Farsoon Technologies).

Der neue Helm erfüllt die Anforderungen der FIS (Federation International De Ski) und hat die GB- und ECE-Zertifizierung bestanden. Carbon und CCM Hockey verwenden bei ihrem NHL-zertifiziertem Eishockeyhelm ebenfalls 3D-Druck.

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