头盔的制作方法

头盔
描述
技术领域
1.本发明涉及一种用于保护头部免受冲击的用于体育活动的头盔。


背景技术：

2.在现有技术中，存在几种类型的头盔：摩托车头盔、汽车比赛头盔、工业安全头盔、安全帽、自行车头盔、滑雪头盔、水上运动头盔、马术头盔、美式橄榄球头盔等。
3.本发明主要涉及用于体育活动的头盔，但不限于它们。
4.传统的运动头盔包括：-薄的外壳或外罩；-与外壳相匹配并布置在外壳内的保护衬垫；-用于使用户佩戴头盔时更加舒适的舒适衬垫；-保持系统，该保持系统通常包括条带和快速释放锁定系统。
5.所述外壳给予头盔特定外观并允许保护和容纳保护衬垫。外壳的材料可以是pc(聚碳酸酯)、pe(聚乙烯)、abs(丙烯腈丁二烯苯乙烯)等聚合物或玻璃纤维或碳纤维等复合材料。取决于材料，外壳通常例如在自行车头盔中是热模制或热成型的，或者例如在滑雪头盔中是注射模制的。
6.保护垫由聚合泡沫制成，通常是eps(膨胀聚苯乙烯)或epp(膨胀聚丙烯)，用于吸收碰撞期间产生的能量。eps垫或层通过压缩吸收冲击能量。在自行车头盔中，由于外壳层非常薄，就像皮肤一样，因此它呈现出eps层的形状。一般而言，运动头盔的外观取决于eps层的形状。
7.舒适衬垫可以包括由合成或天然材料制成的枕件，枕件粘附于保护衬垫的内侧。以这种方式，用户的头部不直接接触保护衬垫，而是接触更舒适的舒适衬垫。
8.保持系统用于在用户头部上将头盔保持在位，并且可以包括用于调节头盔在头部上的紧固的调节装置。
9.运动头盔被用户视为运动服装，因此这些头盔的外部形状由于当前的时尚而经常发生变化。因此，运动头盔需要定期重新设计。重新设计头盔意味着外部架构以及因此内部架构发生变化。
10.目前eps是最常用的吸收冲击能量的材料，并且它被大部分的头盔使用。eps的性能因温度和湿度的变化而降低。例如，在高温下，eps变软，并且在低温下，它变得又硬又脆。因此，保护衬垫的有效期一般不超过5年。出于这个原因，某些头盔制造商建议在预定时间后更换头盔。此外，实际运动头盔的整体尺寸和形状严格取决于保护衬垫的厚度。头盔性能只能通过增加厚度或改变eps规格来改善。
11.在现有技术中还已知改进的头盔，此类头盔用其它种类的冲击吸收结构代替eps的部分能量吸收功能。在这个意义上的例子是包括能量吸收垫的头盔，例如以品牌
推销的头盔。这种头盔100包括由pc、pe或abs制成的外壳104，由eps 101制成的层布置在外壳下方。该外壳104仅在对应于几个孔103的位置上开有孔。如图1a和1b所示，一个或多个能量吸收垫102布置在eps层101下方，以形成保护衬垫。
12.如专利ep1694152b1所述，是能量吸收结构，其由沿其侧面相互连结的圆柱形聚合物单元组成，以实现紧凑且耐久的能量吸收垫。
13.其它类似的能量吸收垫在本领域中是已知的，例如专利申请ep3422887a1的蜂窝单元。
14.这种头盔的eps层包括凹部，其中部分容纳了能量吸收垫，例如名为的那种。与传统的运动头盔由eps层提供保护功能不同，在这种类型的头盔中，冲击力由eps层和能量吸收垫共同吸收。这种构造为头盔设计者提供了改变头盔设计中更多变量以进一步优化头盔性能的可能性。
15.这种头盔的eps层101具有非常复杂的形状，如图1所示，并且包括许多空腔106。每个空腔106具有预定的形状，以允许能量吸收垫102进入或使空气能够通过。在eps层101的不具有空腔106的部分中，厚度较高。通常，在这种头盔100中，能量吸收垫102几乎完全包含在eps层101中。
16.参考图1b，具有这些空腔106的eps层101通常通过模制来实现。为了实现这些内部空腔106，阳模部分120可以包括数十个可拆卸的插入件130，在组装模具并将聚苯乙烯珠粒放入模具中之前，这些插入件需要彼此连接。这同样适用于阴模部分110，其通过许多其它部件实现。一旦聚苯乙烯珠在模具中扩张并固化层101，阴模部分110就分离并拆卸，而阳模部分120必须逐件卸下，以便在不损坏eps层的情况下从eps层中取出阳模120。这个活动非常复杂且非常耗时。此外，如果头盔尺寸有多种，例如小/中/大，则模具多于一个，并且制造复杂性增加。没有已知的解决方案解决了为这些类型的运动头盔实现eps层的这种非常复杂的方式提供替代方案的问题。
17.此外，保护衬垫的厚度t3包括在运动头盔中的预定范围内，通常可以在18mm和30mm之间变化。由于能量吸收垫102相对于eps层101在能量冲击吸收方面通常具有更好的性能，因此通过增加能量吸收垫102的厚度t2以损失eps层101的厚度t1将会获得更好的头盔吸收性能。例如，名为的能量吸收垫102在压缩85％的厚度后具有类似于固体的性能，而eps在压缩65％的厚度后具有类似于固体的性能，因此完全由材料制成的保护衬垫105将是理想的，但这种解决方案是不可能的，因为能量吸收垫102需要由为头盔提供外观并允许连接固定条带的结构所包含。此外，必须保证eps层的最小厚度t1以允许聚苯乙烯珠在它们扩张之前完全填充模具并避免eps层101在头盔生产期间破裂。此外，头盔的外部形状需要经常改变以遵循时尚的演变。这就是为什么今天eps仍然是所有上述问题的唯一经济实惠的解决方案并且对应于能量吸收垫的eps层的平均厚度从不小于10mm的原因。因此，运动头盔的效果不如预期。
18.此外，为了改善运动头盔的通风，本领域已知的头盔的eps层101包括穿过孔103，如图1a和1b所示。这些孔103实现为允许气流传输穿过头盔100并到达用户的头部。这些孔103代表用户的潜在风险，因为任何尖刺或尖头元件，例如树枝，可以进入这些孔103并无障
碍地到达用户的头部107。即使在包括能量吸收垫的所述改善的头盔中，这仍然是问题，因为这些垫抵抗与具有平面或弯曲表面的物体的冲击，但是在与尖锐物体冲击的情况下它们是脆弱的。本领域已知的头盔，无论有或没有能量吸收垫，都不允许足以冷却用户的头部的气流传输，而不减少用户的安全性。
19.此外，如果头盔包括多个用于促进气流的孔，则头盔结构就变得脆弱并且需要加固以防止在冲击期间破裂。通常，为了实现这种加固，增加eps的密度或与eps共同模制防滚架或框架，但这些加固技术降低了头盔在受到冲击时的性能。
20.此外，这些孔103集中在头盔的某些点，因此用户的头部通常不能以完全的方式高效地冷却。
21.在现有技术中，已知的解决方案可用于改善通过外壳和保护衬垫的空气传输，如专利申请ep3130243a1或us20190231018a1中的解决方案。在该解决方案中，外壳和保护衬垫由晶格结构制成，保护衬垫部分的3d矩阵被设想为吸收冲击能量。在该解决方案中，舒适衬垫直接布置在晶格保护衬垫下方，并且不存在其它附加的能量吸收结构。由于这个原因，冲击的能量吸收没有被优化。根据该方案，空气可以自由地流入头盔的晶格结构中。该头盔的外壳和保护衬垫完全由相同的材料实现，并且这一事实在头盔的结构强度方面产生了问题。使头盔用不同材料制成允许区分硬度和对冲击、温度、湿度等的物理抵抗力。因此，ep3130243a1的头盔设想为完全由相同的材料制成，在某些温度或湿度条件下存在过软或过硬的风险。例如，在高于40℃或低于0℃的温度范围内，该头盔在机械阻力方面可能存在问题，因此无法在多个国家/地区进行认证。如果材料太硬，外壳就高效地保护保护衬垫，但晶格保护衬垫太硬，无法高效吸收冲击能量，反之亦然。此外，ep3130243a1公开了晶格结构足以吸收所有冲击，而不需要吸收物品或层的任何附加的能量。除此之外，完全采用晶格结构设计的头盔目前只能通过增材制造或3d打印来制造。这些工艺目前在原材料的机械特性和性能、3d打印工艺的每个结合层之间的机械弱点、打印所需的时间以及与3d打印工艺相关的高成本方面受到限制。此外，完全由增材制造制造的头盔可能因为存在多个底切而变得不可行，并且其生产成本将非常昂贵。
22.其它头盔也出现在最先进的技术中，但它们都没有解决当代所有以下与其架构有关的问题：允许佩戴头盔的用户的头部进行高效和完全的通风；改善对包括eps保护衬垫的头盔或完全由增材制造制成的头盔的冲击吸收；有助于头盔的制造和组装；-降低完全通过增材制造制造的头盔的生产成本；-降低完全通过增材制造制造的头盔的制造复杂性；-使构成头盔的元件最小化；-改善对尖刺或尖头元件的穿透阻力。
23.本领域已知的头盔有利于上述优点中的一个或两个，但绝不是全部。概述
24.现有技术的所述不便之处现在通过一种用于体育活动的头盔来解决，该头盔包括晶格结构，该晶格结构成形为容纳用户头部的一部分，并且包括空部和满部，这些空部和满部布置成使得互连的空气通道的连续网络行进穿过晶格结构。头盔还包括至少一个可透气的能量吸收垫，并且晶格结构在其内侧包括至少一个可透气的凹穴并且成形为容纳至少一
个可渗透的能量吸收垫。
25.具体地，头盔可以包括连接于晶格结构的满部的外壳。优选地，外壳整体地连接于晶格结构的满部。外壳优选地构造成至少部分地覆盖晶格结构。外壳优选地至少部分地可透气，并且更优选地所述外壳是二维网格。
26.进一步地，头盔可以包括连接于晶格结构的满部的内层。优选地，内层整体地连接于晶格结构的满部。内层布置在晶格结构与至少一个可渗透的能量吸收垫之间。优选地，所述内层至少部分地可透气，并且更优选地，所述内层是二维网格。
27.晶格结构包括单体单元(unit cell)，该单体单元沿着空间的主轴重复，从而形成所述晶格结构。所述主轴彼此正交，并且优选地为x轴、y轴、z轴中的两个或三个。
28.优选地，所述单体单元的体积在从晶格结构的内部向外部径向运动的同时增加。更优选地，所述体积沿着空间的所有主轴增加，即沿着x、y、z轴增加。
29.具体地，所述至少一个凹穴包括基部和至少一个侧壁，优选地，所述基部和/或所述侧壁是可透气的。
30.每个可渗透的能量吸收垫包括多个单元，并且相邻单元在其侧向表面的一部分上彼此互连以形成能量吸收单元阵列，优选地所述相邻单元彼此结合，优选地被热焊接、胶合或通过粘合剂连接。单元定向成使得它们的纵向轴线相对于头盔的几何中心基本上径向定向。具体地，所述多个单元为管状、蜂窝状、非六边形蜂窝状或形成开口单元泡沫。
31.能量吸收垫具有内弯曲侧、外弯曲侧以及在所述内侧和外侧之间的几乎恒定的厚度。
32.头盔还可以包括位于所述晶格结构和至少一个能量吸收垫之间的中间层，所述中间层是低摩擦层。
33.优选地，头盔还可以包括eps或epp层，该eps或epp层布置在晶格结构下方并且在至少一个能量吸收垫的旁边或部分地在至少一个能量吸收垫上，从而将至少一个能量吸收垫保持在相应的至少一个凹穴中。
34.头盔的晶格结构可以通过增材制造获得，而至少一个能量吸收垫可以通过热成型形成。如果能量吸收垫由拉胀蜂窝制成，则不需要热成型。
35.头盔可以包括相对于外壳向内凹陷的至少一个盲通风口，并且该至少一个盲通风口可以是透气的。
36.本发明的另一个目的是提供一种头盔制造方法，该方法包括以下步骤：提供晶格结构，该晶格结构成形为接纳用户头部的一部分并包括至少一个内凹穴；将至少一个可透气的能量吸收垫插入到所述至少一个凹穴中。该方法可以包括通过增材制造实现包括至少一个凹穴的所述晶格结构的初步子步骤。该方法还可以包括将能量吸收垫的相邻单元的侧向表面粘合以形成蜂窝面板的步骤，以及使蜂窝面板在弯曲模具上热成型以给予蜂窝面板与所述凹穴的形状相匹配的弯曲形状的步骤。
37.通过本发明的从属权利要求中提供的技术特征和细节解决了进一步的不便之处。
38.得益于参考附图作为其非限制性示例给出的所述发明的不同实施例的以下描述，将更好地理解这些和其它优点。附图描述在附图中：
图1a示出了已知头盔的剖面示意图；图1b示出了模制本领域已知的eps头盔所需的模具件的分解图；图2示出了根据本发明的第一实施例的头盔的侧视图；图3示出了根据本发明的第二实施例的头盔的轴测图；图4示出了根据本发明的第三实施例的头盔的分解图；图5示出了根据本发明的第四实施例的头盔的剖视图；图6示出了根据本发明的第五实施例的头盔的剖视图；图7a、7b和7c示出了本发明的晶格结构的不同的内部架构；图7d示出了根据本发明的具体实施例的一块功能分级晶格结构的细节；图8a示出了根据本发明的第六实施例的头盔；图8b和8c示出了构成图8a的头盔的元件的替代布置。详述
39.本发明的一个或多个实施例的以下描述参考了附图。相同的附图标记表示相同或相似的部分。保护的对象由所附权利要求书限定。下文描述的解决方案的技术细节、结构或特征能够以任何合适的方式相互组合。
40.参考图2，示出了根据本发明的第一实施例的用于体育活动的头盔的侧视图。头盔包括由也称为杆或梁的满部13和空部14的三维网格制成的晶格结构11。所述晶格结构11还包括整体连接于所述杆13的所述三维网格的肋15。空部14彼此互连，从而形成空气可以在其中流动的空置的空间网络。满部13根据预定的分布规律进行组织和分布。在图2的实施例中，晶格结构的满部13是随机类型的。晶格结构11有助于头盔10的外观。
41.晶格结构11还结合有布置在头盔10的相对侧向侧上的至少两个板(未示出)，其中，连接保持系统的条带22。这些板整体地连接于晶格结构11的满部，从而将由条带22施加在晶格结构11的整个构架上的强度释放。尽管头盔10的整体重量非常轻，但条带22的这种连接允许保证保持系统的大阻力。连接于晶格结构11的板的条带22是本领域技术人员熟知的经典类型。
42.该头盔10的晶格结构11由外壳17覆盖，该外壳覆盖晶格结构11的顶部，如图2所示。该外壳17整体地连接于晶格结构11的满部13。在另一实施例(未示出)中，外壳17通过胶水、机械连接或任何其它连接方式连接于晶格结构。外壳17还覆盖头盔10的前部的一部分并且包括峰部27。外壳17保护免受更强的冲击，尤其是尖锐件的冲击。该外壳17包括用于允许空气进入的一些通风口12。通过通风口12可以看到可渗透的能量吸收垫16。空气因此能够穿过外壳17、能量吸收垫16，并因此到达用户的头部。外壳17的通风口12在晶格结构11中伸长到凹穴19(在图2中不可见)。图2的晶格结构11还包括布置在外壳17外部的另外的通风口12'。这些通风口12'横跨晶格结构11的厚度从其外侧穿到其内侧穿过晶格结构。
43.在图2的晶格结构11的内部布置了一个单一的能量吸收垫16。该垫16的外侧基本上为半球形。该能量吸收垫16是可渗透型的，即它能够使空气横跨其厚度传输。如以下更好地描述的，空气可以传输通过能量吸收垫16，因为构成垫16的多个单元28能够使空气传输通过它。晶格结构11通常具有由所述空部产生的多个小空腔，还包括一个附加的大凹穴19(在图2中不可见)，其成形为接纳能量吸收垫16。该垫16的外侧与晶格结构11中实现的凹穴19的底部相匹配。此外，由于凹穴19的侧向侧成形为产生用于垫16的侧向运动的末端行程，
因此防止了垫16的宽侧向运动。设置该能量吸收垫16用于吸收头盔10与外部物体冲击期间产生的大部分能量，从而使头盔佩戴者的伤害最小化。
44.如此设想的晶格结构在外观方面具有很大的吸引力，并且在重量方面非常轻，从而改善了其感知舒适度。
45.现在参考图3，其中表示根据本发明的头盔的第二实施例。本实施例与前一实施例类似。图3的晶格结构1包括3d kagome类型的单体单元，如图7c中更好地表示的。或者，晶格结构11可以具有金字塔形或四面体结构布置，分别如图7b和7a所示。可以使用晶格结构11的杆的其它布置，尤其优选晶格结构，其中，如果晶格结构11沿着径向方向被压缩，则满部弯曲。术语“径向”是指从头盔的中心向外定向的方向，更具体地，术语“径向”是指正交于晶格结构的内表面的方向，其与外能量吸收垫表面基本上匹配。体心立方结构是3d kagome晶格结构的有效替代方案，因为它们的所有杆都对角布置。这两种结构的所有杆都朝向理想立方体的中心汇聚，该立方体包含一种代表晶格结构11的单体单元的星形杆。根据本发明，术语“单体单元”是指晶格结构11的最小重复单元，即为最小的重复图案。该图案/单元沿着主轴重复，即笛卡尔轴，以实现晶格结构11。在这种类型的单体单元中，满部(杆)13更容易受到弯曲而更少受到压缩，从而增加了晶格结构11吸收冲击的能力。以弯曲为主的晶格结构是优选的，因为它们在其应力-应变曲线中呈现出平坦的应力平台，这对于吸收冲击能量是优选的。当冲击载荷分布到晶格结构11上时，在满部13中，构成材料发生微观结构塑性变形，这允许吸收冲击能量。
46.优选地，图3的所述晶格结构11在外部终止于外壳17，由于大的通风口12，该外壳可透气。通过这些通风口12可以看到布置在晶格结构11内部和下方的能量吸收垫16。具体地，能量吸收垫16布置在晶格结构11的凹穴19(在图3中不可见)中，如参考图4和图5详细描述的。
47.优选地，图3的所述晶格结构11在内部终止于连续的内层18，该内层构造成可透气。内层18充当内壳。内层18是连续的并且具有使空气能够传输通过的一些孔。内层18的某些孔具有与通风口12基本上相同的尺寸，而其它孔更小并且能够使空气朝向不存在通风口12的用户头部传输，从而允许空气更均匀地分布在整个佩戴者的头上。该内层18与晶格结构11整体连接，使得杆13的最内端不可分离地连接于内层18。内层18的内表面也构造成与能量吸收垫16相匹配。
48.以这种方式，晶格结构11呈现为三层夹层结构：外壳17、晶格结构11的3d网格和内层18，如图7a-7c所示。相对于其它3d晶格结构或eps垫，这种布置允许吸收更多的能量。
49.在图3的头盔中，一些通风口是封闭的以形成空腔12”，因此与这些通风孔相对应的内层18没有完全打开。空气因此通过外壳17的通风口，撞击在内层18上并在晶格结构11中侧向偏离。以这种方式，气压增加并且空气加速进入晶格结构11，从而允许空气更高效地分布在整个晶格结构11中。同时，与这些通风口相对应地敲击头盔的任何尖锐或尖头元件都不能穿透到佩戴者的头部，因为被内层18阻挡。
50.如在前一实施例中，能量吸收垫16由多个管状单元28组成，管状单元沿着它们的侧部彼此结合，从而形成弯曲的垫，该弯曲的垫沿着其厚度方向可透气。
51.优选地，图3的头盔10还包括外壳17，该外壳部分地覆盖晶格结构11。该外壳17直接且整体地连接于晶格结构11的外表面。以这种方式，外壳17所受到的冲击力扩散到晶格
结构11的宽的部分上，并且冲击的能量最佳地消散掉。由于晶格结构11由具有沿垂直、水平和对角方向倾斜的杆28的单体单元构成，因此至少一组杆28总是以最佳方式布置，以通过弯曲来吸收外壳17上接收的冲击。以这种方式，能量总是有效地扩散。外壳17优选地布置在晶格结构11的其中头盖骨更脆弱的区域中，该区域因此对应于头盖骨的额叶、顶叶和枕骨区域。外壳17包括一个或多个孔或通风口以使空气能够传输。
52.图4所示的实施例与图3的实施例完全相同，唯一的区别在于外壳17、内层18和晶格结构11彼此分开。头盔10因此实现为将晶格结构11夹在外壳17和内层18之间。然后将能量吸收垫16布置在该夹层中以完成头盔。在本实施例中，所有通气孔12均穿过外壳17、晶格结构11和内层18。因此没有通风口12是封闭的。外壳17和内层18通过粘合剂、胶水或其它等效连接方式连接于晶格结构11。
53.在图5中示出另一实施例。该实施例类似于图3或4的先前实施例。在本实施例中，晶格结构11的内端为由二维网格26组成的网状平滑弯曲表面，如图5的详细图片所示。该内部2d网格26整体连接于晶格结构11的主体，并且2d网格26的几乎每个交叉点都连接于杆28中的一个的最内端。该内部2d网格26是平坦且弯曲的表面，该表面成形为与能量吸收垫16的外表面相匹配。以这种方式，晶格结构11所承受的任何冲击力均高效地扩散到能量吸收垫16上，以达到最大的能量吸收效果，从而降低用户头部的风险。晶格结构的内部2d网格26与能量吸收垫16的外侧相匹配。
54.或者，晶格结构11的杆13的最内端是简单地靠在下置的一个或多个层上的自由端，如能量吸收垫16。
55.在图5的实施例中，晶格结构11外部由外壳7覆盖，如前述实施例所述。
56.晶格结构11的杆13的最外端整体连接于外部二维网格25，如图5的详细图片所示，该外部二维网格是平滑和弯曲的。如图5所示，外壳17布置在外部2d网格25上。外部2d网格25的一部分未被外壳17覆盖并且保持从外侧可见。由于这个外部2d网格25，冲击载荷高效地扩散通过晶格结构11的宽部分。晶格结构11然后通过其满部13和内部二维网格26分布冲击载荷。所述外部二维网格25和内部二维网格26分别代表晶格结构11的外表面和内表面。优选地，如果晶格结构11由弹性体材料制成，则头盔10包括外壳17。由弹性体材料制成的晶格结构11在滑板头盔中是优选的，因为它能够高效地吸收多次和重复的冲击。在这种情况下，外壳17优选地由非弹性材料制成并且利用胶水、机械连接或任何其它类似的连接方式连接于晶格结构11的外部2d网格25。
57.晶格结构11在其内侧包括一个或多个凹穴19，用于容纳一个或多个能量吸收垫16。图5的单个能量吸收垫16相对于晶格结构11是独立的，因此能够相对于晶格结构11轻微运动。在布置凹穴19的地方，晶格结构11的厚度相对于没有布置能量吸收垫16的部分减小。在晶格结构11的这些厚度减小的部分中，晶格结构11不脆弱或不易碎，因为晶格结构11的三维网格比eps更柔韧且不易碎。对应于这些凹穴的晶格结构11的平均厚度约为10mm，优选为8或9mm。以这种方式，可以使用更厚的能量吸收垫16并且在冲击能量吸收方面可以获得更好的结果。
58.晶格结构11的凹穴19包括基部和至少侧壁，该基部和/或侧壁是透气的，以允许空气从晶格结构11传输至能量吸收垫16。优选地，其中布置有能量吸收垫16的晶格结构11的凹穴19可以成形为紧固所述垫16以将它们保持在凹穴19中而无需任何附加的连接装置。具
体地，至少一个侧壁构造成防止能量吸收垫16脱出。获得这种效果是因为凹穴19的最内边缘的尺寸，即孔的尺寸小于能量吸收垫16的最外表面的尺寸，即凹穴19的底部的尺寸。
59.优选地，如图5所示，在晶格结构11和能量吸收垫16之间布置有低摩擦层31。低摩擦层31在内侧和/或外侧具有限定低摩擦系数的材料，优选地，静摩擦系数小于0.5。该低摩擦层31布置在所述凹穴19的底部上并面向能量吸收垫19。低摩擦层31由ptfe、聚碳酸酯或尼龙等低摩擦材料制成。该层31允许晶格结构11和能量吸收垫16之间的相对运动，这允许在冲击的情况下减少对佩戴者的脑质量的伤害。相对于能量吸收垫16，凹穴19的尺寸过大，从而在它们之间提供了几毫米的侧向间隙。以这种方式，能量吸收垫16能够在晶格结构11上滑动，从而降低了对脑质量造成损伤的风险。当晶格结构11由弹性体聚合物、优选地热塑性弹性体制成时，晶格结构11本身允许佩戴者的头部侧向运动，从而有助于减少对脑质量的损伤。
60.此外，晶格结构11可以具有允许大量空气穿过晶格结构11并到达能量吸收垫16的通孔。在图5中可见的这些通孔有助于形成外壳17的通风口12。
61.或者，如图3和5所示，一些孔是盲孔，并且它们的侧表面和/或它们的底部是实心的，从而形成盲通风口12”。如图5所示，盲通风口12”的底部可以打孔，以使空气能够传输通过这些孔。或者，盲通风口的底部可以是连续的，并且这些盲通风口的侧向表面被打孔，以允许空气进入晶格结构11，如图3所示。以这种方式，一旦空气进入晶格结构11，它就能够在晶格结构11的其余部分中流动，从而为整个佩戴者的头部通风。如图5所示，这些盲通风口12”成形为将空气引向盲通风口12底部或侧向表面的这些孔。优选地，盲通风口12从外壳17朝向能量吸收垫16收敛。这样，盲通风口12”中的空气被迫进入这些孔并产生文丘里效应，这增加了穿过晶格结构11的气流速度，从而改善了通风效果。由于盲通风口12”本身的形状，佩戴者渐进运动产生的空气集中在这些空腔中，然后受迫通过所述小孔。以这种方式，气流加速并且可以通过晶格结构更精确地扩散通过整个佩戴者的头部。此外，以这种方式，能量吸收垫16不直接暴露于通过尖刺或尖头元件造成的外部冲击。这些盲通风口12”的底部用作保护能量吸收垫16的防护罩。这些盲通风口/空腔12”布置在头盔10的前部和/或后部中，以便在用户向前前进时允许空气传输。
62.除了晶格结构11的内部布置之外，图6的实施例与图5的实施例完全相同。具体地，这些杆并没有像之前的实施例那样沿用能量吸收垫16的形状，而是根据相同的逻辑布置。具体地，晶格结构11是由具有全部相同的3d图案和相同尺寸的单体单元组成的有组织的结构。这些单体单元沿着空间的三个主轴重复，从而形成晶格结构11。每个单体单元都可以看作是包含特定三维晶格体的立方体单元。在图6的实施例中，单体单元根据垂直和水平方向并排放置。该实施例的所有其它特征已在前一实施例中描述。单体单元可以是以下类型之一：金刚石面心立方(dfcc)、金刚石六方(dhex)、体心立方(bcc)、面心立方(fcc)。或者，晶格结构11可以由没有杆或梁的结构制成。例如，晶格结构11可以用蜂窝结构、晶格壁蜂窝结构或诸如螺旋体或折纸状结构之类的其它复杂且多孔的棱柱/柱状结构来组织。即使在这些情况下，晶格结构也是根据在空间中重复的公共的基本单体单元来组织的。
63.改变晶格结构11中满部13的内部布置，可以获得该蜂窝结构的功能分级。具体地，改变晶格结构11的单体单元的尺寸可以实现晶格结构11本身的性能的变化。改变单体单元尺寸，晶格结构11中的满部13的密度改变。具体地，如果所述单体单元的体积从晶格结构11
的内向外径向运动增加，如图7d所示，载荷冲击的能量吸收显著改善，并且传输至佩戴者头部的能量特别减少。外部和较大的单体单元首先塌缩，然后逐渐致密，将载荷传输给下方和较小的单体单元。晶格结构11的这种动态塌缩和致密化反应在单体单元的下置层继续。以这种方式，更高效地吸收冲击载荷。甚至图5的晶格结构11也示出了这种类型的布置，唯一的区别是单体单元侧向生长而不是沿高度方向生长。在图7d的实施例中，单体单元的体积在单体单元的所有维度上增加，即沿着高度、宽度和深度增加。这意味着更多的外部单体单元识别出的立方体比更多的内部单体单元具有更大的高度、宽度和深度。
64.能量吸收垫16具有能够使气流传输通过它的结构。如图2-7所示，能量吸收垫16可以像专利ep1694152b1那样构造，该专利关于单元布置和能量吸收垫构造以参见的方式纳入本文。在这种类型的能量吸收垫16中，来自晶格结构11的气流流过能量吸收垫16的圆柱形单元28并到达佩戴者的头部。如果能量吸收垫16的单元28的结构类似于具有六角形或非六角形底部的管(未示出)，这同样适用。气流从管的最外边缘流向它们的最内边缘。如果能量吸收垫16由开口单元泡沫(未示出)形成，则单元的大部分彼此连接，从而实现互连的空气通道网络，并且空气可以沿着垫的厚度穿过垫。在所有这些情况下，能量吸收垫16除了提供能量吸收功能外，还允许空气流通，有助于更高效地对整个用户头部进行通风。如所解释的，能量吸收垫16是可渗透的，因为它能够使空气穿过其自身。在传统头盔和所述改进的头盔中，空气只能在eps层开孔的地方到达用户头部。在本发明的头盔中，空气通过以下一些可渗透元件以到达整个佩戴者的头部：晶格结构11、能量吸收垫16、外壳17、外部2d网格25、内层18、内部2d网格26、通风口12、12'或孔/空腔12”。
65.当需要吸收多次冲击时，例如在滑板头盔的情况下，晶格结构11的材料优选地是弹性聚合物，例如热塑性聚氨酯(tpu)。由于tpu是可逆的，因此头盔即使在受到冲击后也能保持其形状和性能。晶格结构11的材料优选地是非弹性聚合物，例如当需要吸收更多能量时，例如在自行车头盔中的聚酰胺(pa)。在这种情况下，满部13经历吸收大量能量的塑性变形。在这种情况下，受到冲击的晶格结构11被不可逆地牺牲。
66.根据任一前述实施例，头盔10的保护功能对于每一层是不同的。晶格结构11构造成借助其满部(杆)13的3d网络吸收来自几乎任何方向的冲击，并将冲击载荷分布在能量吸收垫16的外表面上。冲击力倾向于将能量吸收垫16压靠用户头部。由于能量吸收垫16构造成如果其单元28根据它们的纵向轴线压缩，则其能量吸收特性最大化，因此保护效果最大化。
67.从内部布置上看，晶格结构11与能量吸收垫16在材料方面也不同，以优化头盔的力学性能。能量吸收垫16的单元28由聚碳酸酯、聚酯或聚丙烯制成并且通过塑性变形吸收压缩载荷。在具体实施例中，能量吸收垫16可以包括由纸或铝制成的蜂窝。晶格结构11由聚酰胺或弹性体材料制成，用于将冲击载荷有效地扩散到能量吸收垫16的较宽区域上。
68.如图2-7所示，能量吸收垫16由多个短管状单元28沿其侧布彼此连接，显然形成蜂窝面板。最初，蜂窝面板是平坦的并且这些单元28的所有纵向轴线彼此平行。随后，面板在类似于标准头型的弯曲表面上热成型，从而使面板弯曲并形成具有弯曲形状的能量吸收垫16。在面板的弯曲活动之后，单元的轴线变得根据径向方向定向并且不再彼此平行。或者，蜂窝面板可以是拉胀的，以便更容易地贴合头型而无需任何热成型。由于其双曲率的缘故，拉胀的几何形状在受到平面外压缩时会在平面内收缩，从而提供一种固有的局部增强。这
些单元28相对于构造成用于佩戴者头部的头盔10的内部空置空间的几何中心基本上径向定向。单元28的这种定向允许高效地吸收径向地到达垫16的外表面上的冲击。如已经解释的，冲击载荷扩散到晶格结构11上，并且通过晶格结构11几乎均匀地分布在能量吸收垫16的外表面的宽的区域上。能量吸收垫16因此根据其外表面的法线方向接收冲击能量，并且因此单元倾向于根据它们的纵向轴线被压缩。以这种方式，被压缩的细胞会倾向于侧向弯曲，但由于它们是彼此连接的，因此它们唯一允许的变形是压碎，从而沿着它们的纵向轴线塌缩。以这种方式获得最大的能量吸收。在背景技术章节中引用的改进的头盔中，这种效果是无法实现的，因为eps层不能将能量扩散到能量吸收垫上。eps层简单地吸收能量并仅将载荷扩散到能量吸收垫的最小表面上。
69.实现垫的面板具有恒定的厚度，因此垫16在其内侧和外侧之间也具有恒定的厚度。该特征允许更好地布置到晶格结构11的凹穴中。
70.蜂窝面板通过将相邻单元28的侧向表面彼此结合而获得。结合是通过加热单元直到它们融合在一起或通过胶合或焊接在一起来实现的。随后，通过热成型将面板弯曲以获得弯曲形状的能量吸收垫16。
71.晶格结构11是通过增材制造制造的，增材制造也称为3d打印。优选地，晶格结构11通过逐层制造技术制造。晶格结构11不完全是晶格，并且作为杆13的一部分，可以包括另外的满部，如用于连接保持条带的外壳或板。此外，内部二维网格25和/或外部二维网格26可以与晶格结构11一起3d打印，从而使它们成为整体而单一的物件。头盔的其它元件，如外壳17、肋15或板可以与晶格结构11一起3d打印，以便为整个项目提供改进的结构阻力。或者，外壳17借助胶水或卡扣连接来与晶格结构11连接。优选地，晶格结构11与其凹穴19和盲孔12”一起通过选择性激光烧结技术或立体光刻技术实现，这些技术目前用于创建极轻、复杂和高分辨率的蜂窝结构。此外，晶格结构的凹穴19与晶格结构11的其余部分一起通过增材制造来实现。如果这个保护垫是由eps制成的，那么此类凹穴将是几乎圆顶形头盔的内部底切。这种底切通过模制来实现非常复杂，并且模制机需要极度胜任以避免损坏eps结构。通过增材制造，所有这些问题都得到了解决。
72.如图7c所示，通过增材制造实现的晶格结构11具有整体弯曲的形状。在内部，晶格结构11包括成形为杆13的全部部分，其沿空间的多个方向定向。晶格结构11包括多个杆13，这些杆径向定向，即正交于内部和外部二维网格25、26。倾斜杆13从径向杆13朝向其它径向杆侧向分支。以这种方式，实现了杆13的3d网络，并且冲击能量扩散到涉及晶格结构11的大部分的多个杆13上。如果晶格结构11由柱状元件构成，则将无法获得这种效果。此外，相对于其它架构，这种晶格结构11可以更容易地实现，因为在逐层3d打印期间，每个杆13构成最近的一个杆的支承。悬垂杆13在达到一定长度时需要支承，否则它们就塌缩。在本发明的晶格结构11中，至少一个相邻的杆13构成对另一个悬垂杆13的支承，从而允许实现整个结构。由于头盔10几乎是半球形的物品，因此在3d打印期间有若干个杆13悬垂。由于杆13的这种内部布置，有利于该晶格结构11的3d打印。
73.如已经描述的，头盔可以包括覆盖晶格结构11外侧的某些部分的外壳17、覆盖晶格结构11内侧的某些部分的内层18，或者在头盔10的混合版本中同时包括覆盖晶格结构11外侧的某些部分的外壳17和覆盖晶格结构11内侧的某些部分的内层18。
74.如已经描述的，外壳17可以与晶格结构11是整体的或连接于晶格结构11。外壳17
可以覆盖晶格结构11的大部分，例如用于冬季运动的头盔，或者可以仅覆盖晶格结构的一部分以实现大量空气通过，例如用于自行车或美式足球专用的头盔。
75.晶格结构11可以假定满部的任何内部布置，但是已经研究了某些布置并且提供了特定效果。任何晶格结构11由满部13和空部分14组成，空部代表在满部13之间限定的空置空间。满部13代表小于30％的封装体积。具体地，优选的结构是具有重复的基本单体单元的有组织的结构。单体单元可以成形为但不限于以下类型中的一种：金刚石面心立方(dfcc)、金刚石六方(dhex)、体心立方(bcc)、面心立方(fcc)。更具体地说，kagome和bcc结构在压缩和剪切方面呈现出卓越的强度特性。具体，它们在压缩方面做得更好，因为杆的长度以二次方式对其可以承载的载荷做出贡献。可以使用晶格结构11的杆的其它布置，尤其优选晶格结构，其中，满部13构造成当晶格结构11沿径向方向压缩时弯曲。术语“径向”是指从头盔的对称中心向外定向的方向，更具体地，术语“径向”是指正交于晶格结构11的内表面的方向，其基本上对应于佩戴者的头盖骨形状。这些类型的晶格结构11的例子在图7a-7c中示出。具体地，图7a示出了四面体晶格结构(图7a顶部的第二个图像)，该结构可以具有外部2d三角形网格25和内部2d三角形网格26。如果网格25、26和晶格结构11的主体11'彼此结合，则获得更复杂的单件晶格结构11，如图7a的底部图所示。类似地，图7b示出了金字塔形晶格结构(图7b顶部的第二个图像)，该结构可以具有外部2d三角形网格25和内部2d三角形网格26。如果网格25、26和晶格结构11的主体11'彼此结合，则获得更复杂的单件晶格结构11，如图7b的底部图所示。最后，图7c示出了3d kagome晶格结构(图7c顶部的第二个图像)，该结构可以具有外部2d三角形网格25和内部2d三角形网格26。如果网格25、26和晶格结构11的主体11'彼此结合，则获得更复杂的单件晶格结构11，如图7c的底部图所示。晶格结构11优选地构造成和构建成遵循能量吸收垫16的形状，如图5所示。以这种方式，如果冲击如通常情况那样根据径向方向到达头盔10，则至少一组杆13是径向定向的，因此平行于冲击方向，并且至少一组杆13相对于冲击方向倾斜或正交地定向，如图7c所示。杆13的这种布置允许更高效地将冲击载荷扩散到下方能量吸收垫16的较宽表面上。或者，晶格结构10的演变可以是垂直的，因此当如图6所示侧向观察晶格结构11的横截面时，晶格结构11的所有水平层均沿与相邻单体单元相同的定向对准。这种结构布置更容易进行3d打印。
76.有利地，如图8a-8c所示，头盔可以包括布置在晶格结构11下方并且在能量吸收垫16旁边和部分上的eps或epp层21。在第一种情况下，如图8b所示，eps或epp层21围绕能量吸收垫16，而在第二种情况下，如图8c所示，它与能量吸收垫16部分重叠。在这两种情况下，能量吸收垫16都被夹在晶格结构11和eps/epp层21之间。eps/epp层21提高了头盔10的舒适度，也避免了晶格结构11和吸能垫16之间的机械连接。实际上，能量吸收垫16仍然捕获在晶格结构和eps/epp层之间。或者，eps/epp层可以是由任何封闭单元聚合物泡沫制成的层。此外，eps/epp层21很容易以这种方式实现，因为内部底切被大大减少或消除，因此eps/epp层可以更容易地模制。
77.本发明的另一个目的是制造头盔的方法，包括两个主要步骤。第一步预计提供晶格结构，该晶格结构成形为接纳用户头部的一部分。这种晶格结构必须包括至少一个内凹穴。第二步骤预见将至少一个可透气的能量吸收垫插入到所述至少一个凹穴中。晶格结构11通过增材制造实现，并且能量吸收垫通过相邻单元的侧向表面进行结合将来实现，从而形成蜂窝面板。然后使蜂窝面板在弯曲模具上热成型，以给予其与所述凹穴的形状相匹配
的弯曲形状。这种方法允许非常快速地组装和制造用于体育活动的头盔。
78.尽管本发明的头盔适用于体育活动，但本发明的保护范围包括具有相同特征但用于不同领域的头盔，例如摩托车/汽车/飞机头盔或工业安全头盔。
79.总之，如此构思的本发明易于进行许多修改和变化，所有这些修改和变化都落入本发明构思的范围内，此外，所有特征可以被技术上等同的替代方案所代替。实际上，数量可以根据具体的技术要求而变化。最后，之前描述的实施例的所有特征能够以任何方式组合，从而获得出于实用性和清楚的原因在此未描述的其它实施例。