US-Amerikanische Forscher haben an einer neuartigen Helmpolsterung gearbeitet, die Soldaten im Einsatz besser vor Verletzungen schützen sollen. Die Polsterung konnte dank einer 3D-gedruckten, komplexen Struktur deutlich optimiert werden. Das Ergebnis ihrer Arbeit veröffentlichten die Forscher im Magazin Science Direct.
Ein Team des Army Research Laboratory des US Army Combat Capabilities Development Command und der HRL Laboratories-Partner hat eine Helmpolsterung entwickelt, die aus feinsten und extrem komplexen Mikrogittern besteht. Damit soll die Wahrscheinlichkeit von Kopfverletzungen bei Kampfhelmen verringert werden, wie die U.S. Army in einer Mitteilung erklärt. Die Ergebnisse wurden im Magazin Science Direct unter dem Titel „Elastomeric Microlattice Impact Attenuators“ veröffentlicht. Auch Hexo Helmets stellt personalisierte Fahrradhelme aus dem 3D-Drucker mit optimierter Stoßfestigkeit vor.
Details zur Entwicklung
Das Gitterdesign unterstützt die neuartigen Kompressionseigenschaften der Polsterung, die die maximale Kopfbeschleunigung beim stumpfen Aufprall im Vergleich zu bestehenden Schaumstoffpolstern nach dem neuesten Stand der Technik reduziert, erklärt Dr. Thomas Plaisted, Projektleiter des Labors. In Tests konnte die Effizienz der Energiedämpfung beim Einsetzen eines Kampfhelms um 27% gegenüber den derzeit leistungsstärksten Schaumstoffpolstern gesteigert werden.
Das Höchstmaß an Aufprallschutz war eine besondere Herausforderung für das Design der Schutzpolsterung. Gleichzeitig war es ein wichtiges Ziel, das Gewicht und den Platz im Helm gering zu halten. Es sollte eine bequeme Polsterung sein, damit die Soldaten damit einen Kampfhelm längere Zeit tragen können.
Gittertopologie dank 3D-Druck
Geschlossenzellige Schaumstoffe aus ausgedehntem Polypropylen und Vinylnitril sind typische Materialien zur Abschwächung mehrerer Stöße. Diese absorbieren die Aufprallenergie. Das sorgfältig abgestimmte Material gibt bei einer Schwellkraft oder einer Beschleunigung nach, die für die Toleranz des Kopfes spezifisch ist. Verletzungen werden so gemindert.
Laut den Forschern war die Herstellung von Zellmaterialien mit architektonischer Gittertopologie dank der jüngsten Fortschritte bei additiven Fertigungstechniken möglich.
„Wir haben durch das Design der Zellulararchitektur eine verbesserte Kontrolle über den Kollapsprozess in Elastomergittern demonstriert, die eine Aufpralldämpfungsleistung ermöglicht, die sowohl für Einzel- als auch für Mehrtrefferszenarien über dem Stand der Technik liegt“, sagte Plaisted.
Ein Standard-Helmtest zeigte eine Verbesserung gegenüber den Helmpolstern aus Vinylnitrilschaum, was zu einer geringeren Kopfbeschleunigung führte. Mit dieser Entwicklung könnte der Weg für besseren Verletzungsschutz offen sein. Das Design der Polsterung trägt außerdem zu Atmungsaktivität und Komfort bei, da die Wärme vom Kopf abgeleitet wird.