TWI896502B - 一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構 - Google Patents

Abstract

一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構包括第一緩衝層。第一緩衝層包括外側表面部、內側表面部及多個支撐件。外側表面部包括彼此交叉配置成網格的多個第一桿，且第一桿定義出靠近頭盔的外殼的外輪廓。內側表面部包括連續性地延伸並彼此間隔相鄰不相交的多個第二桿，且第二桿定義出靠近使用者的內輪廓。支撐件設置於外側表面部及內側表面部之間，每一個支撐具有第一端以及第二端，其中任一個支撐件的第一端及第二端分別連接任一個第一桿及任一個第二桿。其中，第一桿、第二桿及支撐件是由三維打印成一體。

Description

一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構

本揭露是有關於一種三維打印結構，特別是有關於一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構。

現今常見的頭盔設計通常著重於吸收垂直方向的作用力，然而對於如何減少由側向作用力引起的頭盔橫向偏移或旋轉問題仍未能充分解決。在實際使用過程中，當頭盔受到側向作用力時，容易因內部緩衝結構的設計不足而導致頭盔與使用者頭部之間產生橫向偏移或旋轉。這種橫向偏移或旋轉不僅會降低頭盔的穩定性，還可能導致局部應力集中於某些區域，增加使用者受傷風險。此外，現有的頭盔中的緩衝結構設計對於應力分散的能力也相對有限，導致應力局部集中的問題發生。因此，如何有效提升頭盔在側向作用力下的穩定性，並兼顧頭盔的應力分散能力，為本領技術人員積極研究的課題。

根據本揭露一些實施方式，一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構包括第一緩衝層。第一緩衝層包括外側表面部、內側表面部以及多個支撐件。外側表面部包括多個第一桿，其中第一桿彼此交叉配置成網格，且定義出靠近頭盔的外殼的外輪廓。內側表面部包括多個第二桿，其中第二桿連續性地延伸並彼此間隔相鄰不相交，且定義出靠近使用者的內輪廓。支撐件設置於外側表面部及內側表面部之間，每一個支撐件具有第一端及第二端，其中任一個支撐件的第一端及第二端分別連接任一個第一桿及任一個第二桿。其中，第一桿、第二桿及支撐件是由三維打印成一體。

在本揭露一些實施方式中，任一個支撐件為直柱件。

在本揭露一些實施方式中，任一個支撐件與相連接的第一桿的第一連接角為45度至135度，且任一個支撐件與相連接的第二桿的第二連接角為45度至135度。

在本揭露一些實施方式中，任一個支撐件的第一端連接網格的交點。

在本揭露一些實施方式中，相鄰的任兩個以上的支撐件彼此相交。

在本揭露一些實施方式中，相鄰的任兩個以上的支撐件彼此相交於任一個第一桿或任一個第二桿。

在本揭露一些實施方式中，三維打印緩衝結構更包括第二緩衝層，連接外側表面部，並設置於外側表面部與頭盔的外殼之間，且包括多個晶格結構單元，且每一個晶格結構單元具有鏤空區域。

在本揭露一些實施方式中，第一桿、第二桿、支撐件及晶格結構單元是由三維打印成一體。

在本揭露一些實施方式中，每一個第一桿、每一個第二桿及每一個支撐件各自具有多個泡孔結構。

在本揭露一些實施方式中，第一桿之間具有多個第一鏤空區域，第二桿之間具有多個第二鏤空區域，支撐件之間具有多個第三鏤空區域，且第一鏤空區域、第二鏤空區域及第三鏤空區域相連通。

根據本揭露上述實施方式，透過使用非填滿設計的網格(第一桿)構成第一緩衝層的外側表面部，可將外力分散至更大的範圍，減少集中的應力對單一區域的損害，有效降低損傷風險；透過使用連續延伸且彼此不相交的連續桿(第二桿)構成第一緩衝層的內側表面部，不僅可提供良好的頭部貼合性(服貼性)，並且搭配支撐件的設計，還可加強第一緩衝層在特定方向上對頭部的摩擦力，進而限制頭盔與頭部之間的相對位移，以限制頭盔的橫向偏移或旋轉以強化頭盔的佩戴穩定性。此外，透過支撐件的偏轉作用，可讓水平方向的第一桿與第二桿共同承擔垂直施加的負荷，達到應力分散的效果。整體而言，透過第一桿、第二桿和支撐件的協同作用，本揭露可透過有別於「直接吸收垂直應力」的方式來提升頭盔整體的防護性能與佩戴穩定性。

以下將以圖式揭露本揭露之複數個實施方式，為明確起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，這些實務上的細節並不應用以限制本揭露。另外，為了便於讀者觀看，圖式中各元件的尺寸並非依實際比例繪示。此外，諸如「下」和「上」的相對術語可在本文中用於描述一個元件與另一個元件的關係，如圖式中所示。應當理解，相對術語旨在包含除了圖中所示的方位之外的裝置的不同方位。另外，說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名不同的元件，或區別不同實施例或範圍，而並非用以限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。

請參閱第1圖，其為根據本揭露一些實施方式之應用於頭盔的三維打印緩衝結構10的立體示意圖，其是從頭盔底部開口位置朝內部結構觀察的視角。應瞭解到，本文中的用語「頭盔」泛指用於保護頭部的裝備，並可應用於各種活動，包括但不限於日常、運動、工作及軍事等活動場合，例如可為自行車頭盔、滑雪頭盔、輪滑頭盔、攀岩頭盔、馬術頭盔、棒球捕手頭盔、曲棍球頭盔、安全頭盔(建築或工業用途)、戰術頭盔(軍事或戰術用途)、消防頭盔、防暴頭盔(警察或安保用途)。本揭露的三維打印緩衝結構10可例如設置於頭盔之硬質外殼的內側(即，頭盔靠近於使用者頭部之側)以做為頭盔的內襯墊，並且可直接接觸使用者頭部。

第2圖為第1圖之三維打印緩衝結構10的區域R1的局部放大示意圖。請同時參閱第1圖及第2圖。三維打印緩衝結構10包括第一緩衝層100，且第一緩衝層100包括外側表面部O、內側表面部I及多個支撐件130。外側表面部O相對靠近頭盔的外殼，內側表面部I相對靠近使用者頭部，且支撐件130設置並連接於外側表面部O與內側表面部I之間。

第一緩衝層100的外側表面部O包括多個第一桿110。多個第一桿110彼此交叉配置成具有多個交點P的網格G，且定義出靠近頭盔的外殼的外輪廓，也就是定義出第一緩衝層100之外側表面部O的輪廓。本揭露的網格G的幾何特徵呈二維分佈態樣，整體構成一個連續且完整的二維網格結構。為便於理解網格G的結構態樣，請先參閱第3圖，其為第1圖之三維打印緩衝結構10的區域R2經視角調整後的局部放大示意圖。如第3圖所示，四個第一桿110a,110b,110c,110d共同圍繞成一個網格單元GU，且多個網格單元GU緊密拼接於同一表面(例如，第3圖中標記之弧形曲面Q所位於的表面)，以構成具有完整之二維網格結構的網格G。相較於整面填滿的結構(全實體結構)，由第一桿110交叉配置成的網格G在受到外力作用(衝擊)時具有較大的形變空間，可透過自由度大但可控的形變將應力均勻分散，進而減少集中的應力對單一區域的損害。進一步地，網格G的非填滿結構設計還可有助於實現結構的輕量化以及提供良好的透氣性，進而兼顧佩戴舒適性。

另一方面，多個第一桿110因交叉配置而在彼此之間形成多個鏤空區域S1。由第一桿110圍繞出的鏤空區域S1不僅可降低結構的剛性，還可以提供額外的緩衝空間，允許第一桿110在受到外力作用時靈活地產生多個方向的形變，以提高能量吸收與釋放的效果，進而減少對使用者頭部的衝擊負荷。在一些實施方式中，網格G可具有多種開口形狀(即，鏤空區域S1的形狀)，例如但不限於三角形、四邊形(例如，平行四邊形、矩形、梯形、菱形、不規則四邊形等)、六邊形(例如，蜂巢狀)或其組合的開口形狀，進而因應不同使用情境的防護。本實施方式是以矩形來舉例說明。

請回到第2圖。第一緩衝層100的內側表面部I包括多個第二桿120。多個第二桿120連續性地延伸且彼此間隔相鄰不相交，且定義出靠近使用者頭部的內輪廓，也就是定義出第一緩衝層100之內側表面部I的輪廓。在一些實施方式中，內側表面部I可直接接觸使用者頭部。藉由將多個第二桿120設計為相鄰排列且彼此之間保持間隔地無交疊連續延伸，不僅可順應使用者頭部的形狀以提供良好的貼合性(服貼性)，還可均勻地分佈壓力以減少局部點壓，進而提升佩戴舒適性。另一方面，相鄰的第二桿120之間具有間隔區域S2。間隔區域S2能夠有助於提高透氣性，使得氣流在桿與桿之間沿特定方向流動，進而改善頭部的散熱效果以降低佩戴悶熱感。

在一些實施方式中，為了順應使用者頭部之不同部位的形狀，第二桿120對應頭部的不同部位可具有不同的排列設計，且在對應同一部位的區域中可大致上沿著單一方向延伸。以下將頭部劃分為多個部位並以第1圖進行示例性的說明。在第1圖的實施方式中，第二桿120在對應頭前部的區域(第1圖的上方位置)大致上由額部(包含前額、額角、額側)延伸至頭頂，在對應頭中部的區域(第1圖的中間位置)大致上由頭左右兩側的耳周延伸至頭頂，而在對應頭後部的區域(第1圖的下方位置)大致上由頭右(左)側橫向延伸至頭左(右)側。此設計可避免第二桿120在整個第一緩衝層100中皆沿著相同方向延伸可能帶來的問題。舉例而言，若第二桿120在整個第一緩衝層100中的延伸方向皆為由前額延伸至後腦杓，則當外力來自前額或後腦杓時，頭盔便容易順著第一緩衝層100的第二桿120的延伸方向被推動，而少了第二桿120的延伸方向以外的其他方向上的阻力，導致頭盔與頭部之間產生相對位移，進而導致防護效果降低。

反觀本揭露的一些實施態樣透過將第二桿120在不同區域設計有不同的延伸方向，可使第二桿120整體具有多向性的排列模式，以盡量讓頭盔能與頭部保持在穩定且固定的位置，進而才能有效地分散並抵抗來自各個方向的外力，提升頭盔整體的防護性。整體而言，第二桿120的延伸方向設計能夠有效降低外力沿著垂直於該延伸方向的軸線傳遞的可能性。同時，針對垂直於第二桿120之延伸方向的外力，第二桿120因為具有與該外力垂直的延伸方向而能夠提供穩定的摩擦力，有助於減少或避免第一緩衝層100在垂直於第二桿120之延伸方向的方向上產生位移，進而有效抑制滑動或偏移現象，進一步提升結構的穩定性以及使用者的防護效果。

值得說明的是，雖然第二桿120在不同部位可能採用不同的排列模式，但第二桿120可在這些不同部位之間實現平滑銜接，讓銜接處的第二桿120呈現出整體連續的特性。藉此，兩段第二桿120可被整合為無縫且統一延伸的一段第二桿120。換句話說，兩段第二桿120經平滑銜接後可被視為同一段連續延伸的第二桿120。此平滑銜接設計不僅可降低應力集中於非無縫銜接處的可能性，還可引導外力沿著連續延伸的第二桿120均勻地分散，進一步降低局部變形或損傷的風險。

請再回到第2圖。在一些實施方式中，第二桿120還可根據使用者頭部的特殊幾何特徵適度地於不同區域進行彎曲或過渡設計，並同時保持一定程度的間隔分佈，並且第二桿120之間的間距D也可根據使用者頭部的幾何特徵進行相應的調整，例如在需要更高支撐力的區域減小間距D，或者在需要更大緩衝或避讓的部位增加間距D，進而兼顧整個結構的支撐性、緩衝性及貼合度(服貼度)。以下將以第4A圖及第4B圖來舉例說明，其中第4A圖為第1圖之三維打印緩衝結構10的區域R3經視角調整後的局部放大示意圖，而第4B圖為第1圖之三維打印緩衝結構10的區域R4經視角調整後的局部放大示意圖。

第4A圖中以虛線區隔來呈現出第一緩衝層100中的第二桿120從對應額部位置的區域R31至對應頭頂位置的區域R32的分佈態樣。整體而言，多個第二桿120從對應額部位置的區域R31至對應頭頂位置的區域R32逐漸匯聚(即，第二桿120之間的間距D漸減)，並在對應頭頂位置的區域R32根據頭皮的髮旋形狀適度地轉彎，且若需要更靈活地貼合頭部曲線，部分的第二桿120在轉彎時還可進一步與其他第二桿120平滑銜接(或者可視為合併延伸)。舉例來說，第4A圖中的第二桿120a在對應額部位置的區域R31大致上沿著相同的方向延伸，並且在對應頭頂位置的區域R32彎折進而與同樣從區域R31延伸至區域R32的第二桿120b平滑銜接，進而形成單一個具有轉折型態的第二桿120。這樣的設計使得第二桿120能夠順應髮旋的自然曲線，提供均勻的支撐力及舒適的貼合感，同時避免對髮旋區域的壓迫。

應瞭解到的是，雖然部分第二桿120在延伸過程中可與其他第二桿120平滑銜接，但這種情況僅限於第二桿120在需要適應較大方向變化或結構轉折之處。換句話說，第二桿120平滑銜接的狀況主要僅發生在具有特殊幾何特徵之適應性需求的區域(例如，第4A圖中描述的對應髮旋部位的區域)。整體而言，多數的第二桿120在第一緩衝層100中的單一區域仍大致維持一致的延伸方向，進而大面積地適應該區域所對應的頭型，並且維持第一緩衝層100之內側表面部I的結構一致性，進而提供均勻的支撐力。

第4B圖中以虛線區隔來呈現出第一緩衝層100中的第二桿120從對應後腦杓位置的區域R41至對應耳側位置的區域R42的分佈態樣。整體而言，多個第二桿120從對應後腦杓位置的區域R41至對應耳側位置的區域R42持續地延伸，並在對應耳側位置的區域R42可順應耳朵輪廓的形狀進行彎折設計，避免對耳朵造成壓迫感及悶熱感。舉例來說，第4B圖中的第二桿120c在對應後腦杓位置的區域R41大致上沿著相同的方向延伸，並在對應耳側位置的區域R42轉變為以閃電狀的彎折態樣延伸，且相鄰的第二桿120之間從對應後腦杓位置的區域R41至對應耳側位置的區域R42大致上維持等距。閃電狀的彎折態樣可靈活地適應耳朵周圍的複雜曲面，有助於在貼合頭部曲面的同時有效避開耳朵輪廓，進而提升整體結構的佩戴舒適性及穩定性。在一些實施方式中，也可在第一緩衝層100的邊緣(例如，第1圖下方位置所示的頭後部邊緣)將第二桿120設計為閃電狀的彎折態樣，以加強對於頭部的摩擦力，進而提升佩戴穩定性。

請同時參閱第2圖以及第5A圖，其中第5A圖為第2圖之三維打印緩衝結構10的區域R5的局部放大示意圖。支撐件130連接第一緩衝層100的外側表面部O及內側表面部I。詳細而言，支撐件130具有相對的第一端130a及第二端130b，且第一端130a及第二端130b分別連接任一個第一桿110及任一個第二桿120。由於支撐件130能夠將第一桿110與第二桿120穩固地連接在一起，因此當外力以非垂直於頭頂的方向(即，側向)施加於頭盔時，可有效限制第一桿110與第二桿120之間在橫向上的相對位移，同時，搭配前述第二桿120與頭部之間的摩擦力，第二桿120與支撐件130可共同將第一緩衝層100連同頭盔拉回原本的位置，進而減少因側向作用力引起的頭盔橫向偏移或旋轉，有效減少頭盔與使用者頭部之間的相對運動，提升佩戴穩定性並增強防護效果。

此外，當第一緩衝層100受到外力作用時，支撐件130可隨著第一桿110與第二桿120之間有限的相對位移而發生偏轉，這種偏轉作用力可將原本集中於單一點的應力重新分佈至更廣泛的區域。更具體而言，當外力以垂直於受力面(例如，第一緩衝層100的外側表面部O)方向施加於第一緩衝層100時，支撐件130的偏轉作用可將這股垂直作用力轉化為水平方向的力，而此水平方向的力可進一步沿著由第一桿110所構成的二維網格結構以及由第二桿120所構成的連續延伸結構朝周圍分散(例如，沿著第一緩衝層100之外側表面部O的輪廓及內側表面部I的輪廓分散)，進而降低局部應力集中對單一點的損害。另外，支撐件130還具備良好的偏轉回復性，能夠在受外力作用時暫時將能量儲存於其內部，並在外力消失後利用本身的回彈來迅速釋放這些能量以產生回復力，以將第二桿120拉回初始位置。

此外，由於垂直於受力面的力經由偏轉的多個支撐件130引導並分散至第一桿110及第二桿120，並且順著第一桿110及第二桿120的延伸方向朝周圍進一步傳遞開來，因此能夠有效減少第一緩衝層100在受力過程中沿著垂直方向的壓縮量，進而有效降低整體結構的形變量。此外，由於垂直方向的壓縮量減少，因此能有效降低第一緩衝層100在受力過程中因局部壓縮而產生的磨耗與疲勞累積，進而使第一緩衝層100保持其長期穩定的支撐與緩衝效果。

在一些實施方式中，支撐件130主要是利用網格G配置的第一桿110為基底而用來支撐第二桿120，因此多個支撐件130是依據第二桿120的位置來相應連接於第一桿110，並形成間隔設置態樣。具體而言，如第5A圖所示，假設某一第二桿120的延伸方向大致與網格G中的某一第一桿110的排列方向相同，則支撐件130可間隔設置，並相應地連接於第一桿110的交點P處或非交點處(例如，第一桿110的桿狀區段處)。

在一些實施方式中，支撐件130可為直柱件。換句話說，支撐件130不具有彎曲或者曲線的形狀設計。藉由直柱狀的設計，支撐件130可具有較高的支撐性(抗壓性)，使其在受到沿著柱軸方向的應力時能夠有效地抵抗壓縮，保持結構穩定，並使其在受到斜向的應力(即，非沿著柱軸方向的應力)時能夠適應各角度偏轉，將應力分散至周圍。另外，直柱狀的支撐件130在受力後不易產生非預期的形變，具有相對可預測及可掌控的力學響應表現，減少頭盔在受到外力時的不穩定晃動或位移，進而降低頭盔與使用者頭部之間的相對位移，提升佩戴安全性。

在一些實施方式中，支撐件130與第一桿110及支撐件130與第二桿120的連接角θ各自可為45度至135度(例如，50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度、90度、95度、100度、105度、110度、115度、120度、125度、130度)。須說明的是，此處針對連接角θ的定義是指不同支撐件130在設計上分別與第一桿110及第二桿120之間的連接角θ。當連接角θ落在上述範圍內時，支撐件130可兼具支撐及偏轉效果，有助於與第一桿110及第二桿120搭配來分散應力，整體具有較佳的偏轉回復性及較高的側向剛性，可保持結構的穩定性，防止連接處因角度過小(低於45度，例如10度)或過大(高於135度，例如170度)而導致支撐力不足，進而無法提供有效的偏轉作用。

在一些實施方式中，至少部分的支撐件130的第一端130a需要連接於網格G的交點P。相較於網格G的非交點處(即，第一桿110的桿狀區段)，交點P具有較高的結構強度及穩定性，可以提供支撐件130較足夠的承載能力，以更有效且直接地將應力傳遞至整個網格系統。此外，將支撐件130連接於交點P還可提高支撐件130與網格G的連接強度，進而提升整體結構的抗形變能力。在實際設計上，第一緩衝層100中多個支撐件130與網格G的連接位置可依照頭盔的使用情境及防護需求相應調整或搭配，不限制僅連接於交點P或非交點處。

多個支撐件130之間具有鏤空區域S3，也就是讓支撐件130是間隔設置。在一些實施方式中，第一桿110之間的鏤空區域S1與第二桿120之間的間隔區域S2可透過支撐件130之間的鏤空區域S3彼此連通(請見第2圖)，進而形成由第一緩衝層100之外側表面部O連續延伸至內側表面部I的氣體交換腔，亦即，鏤空區域S1、第間隔區域S2及鏤空區域S3相連通以形成氣體交換腔。這種連續延伸的氣體交換腔可在較大的區域內重新分配因外力衝擊所產生的空氣壓力，有助於提高緩衝性。此外，氣體交換腔可促進空氣流通，防止熱量及濕氣在頭盔內部積聚，進而減少悶熱感並保持頭部乾爽。

在一些實施方式中，支撐件130的長度L可例如為3公分至10公分(例如，4公分、5公分、6公分、7公分、8公分、9公分)。此長度範圍的設計有助於讓支撐件130在其偏轉性與應力分散均勻性之間取得平衡。詳細而言，若支撐件130過長，儘管可能提供較大的偏轉幅度以吸收更多能量，但也可能在偏轉過程中出現過度形變，導致支撐件130的偏轉回復能力降低，且過長的支撐件130還可能導致應力傳遞路徑過大，進而無法有效將應力均勻傳遞至第一桿110與第二桿120，導致應力分散不均；若支撐件130過短，則會限制偏轉能力，無法充分吸收與分散應力，進而使得局部應力集中於單一點。在一些實施方式中，第一緩衝層100可根據頭盔區域位置來設計支撐件130的長度L，例如在同一區域的支撐件130可以設計為相同的長度L。在一些實施方式中，整個頭盔的第一緩衝層100的支撐件130都設計為同一長度L。

請參閱第5B圖，其為根據本揭露另一些實施方式之支撐件130的結構態樣，其呈現的區域係對應第2圖之三維打印緩衝結構10的區域R5。在第5B圖的實施方式中，相鄰的支撐件130彼此相交於第二桿120。在另一些實施方式中(圖未示)，相鄰的支撐件130也可彼此相交於第一桿110。當支撐件130在第一桿110或第二桿120相交於一處時，該處成為多方向力的分散中心，能更均勻地將外力分配至和其連接的所有桿狀結構(例如，第一桿110、第二桿120、支撐件130)上，有助於降低局部應力集中的狀況發生。在又一些實施方式中(圖未示)，相鄰的支撐件130可相交叉，以於第一桿110與第二桿120之間的空間位置形成交叉結構，讓支撐件130除了與第一桿110及第二桿120的連接點之外，藉由增加一交差點來增加應力分散路徑，並由交叉結構來提供額外的結構支撐，提升第一緩衝層100在各方向上的抗形變能力。

請回到第2圖。在一些實施方式中，第一緩衝層100整體可以是由三維打印成一體，也就是說，第一緩衝層100中的第一桿110、第二桿120及支撐件130一體成型。一體成型的無縫結合性及材料連貫性可避免可能存在的接縫弱點及材料界面弱點，進而提高整體的應力傳遞效率，使作用在頭盔的應力能夠更均勻地分佈於整個第一緩衝層100，減少局部應力集中。

在一些實施方式中，第一緩衝層100整體可於三維打印成一體後進行發泡處理，也就是說，第一緩衝層100中的每一個第一桿110、每一個第二桿120及每一個支撐件130可各自具有多個泡孔結構。請參閱第6圖，其為根據本揭露一些實施方式之第一桿110、第二桿120或支撐件130的剖面微觀示意圖，其呈現出泡孔結構H。泡孔結構H可提供額外的空間來容納壓縮變形，有效分散和減緩外力衝擊以提供額外的緩衝及支撐效果。此外，泡孔結構H可使第一緩衝層100在保有足夠強度的前提下減少材料的使用量，進而在實現輕量化與提高強度間取得平衡。另外，泡孔結構H可增強透氣性，進而提高佩戴舒適性。在一些實施方式中，泡孔結構H可具有微米尺度，亦即，單一泡孔結構H的孔徑可為10微米至800微米(例如，100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米)。相較於奈米級的泡孔結構H，微米級的泡孔結構H相對不易崩塌或變形，進而提供更持久的緩衝及支撐效果，且微米級的泡孔結構H可提供相對較高的透氣性，進而帶來較佳的穿著體驗。

在一些實施方式中，第一緩衝層100中的第一桿110、第二桿120及支撐件130的材料相同。在一些實施方式中，第一桿110、第二桿120及支撐件130的材料可為彈性體材料，包括但不限於熱塑性聚氨酯、聚氨酯基底材料、發泡聚苯乙烯、泡棉，使第一緩衝層100具有柔韌性與可塑性，進而靈活貼合頭部的自然曲線，避免硬性結構對頭部造成壓迫或不適。

請繼續參閱第2圖。在一些實施方式中，三維打印緩衝結構10還可包括設置於第一緩衝層100之外側表面部O與頭盔之外殼之間的第二緩衝層200。當頭盔受到外力作用時，此外力可依序通過第二緩衝層200及第一緩衝層100而抵達使用者頭部。在一些實施方式中，第二緩衝層200可包括在三維空間中連續設置的多個晶格結構單元210。在一些實施方式中，晶格結構單元210可為二維結構的網格G在三維空間中的拓展或立體延伸，例如晶格結構單元210可以是由如第2圖所示之四邊形結構的網格G在三維空間中拓展延伸出的立方體晶格結構，並且可進一步依整體緩衝能力需求考量來設計為多層，而第2圖的實施方式中的第二緩衝層200是呈現三層態樣。在另一些實施方式中，晶格結構單元210的晶格結構也可由如第7A圖至第7H圖所示的晶格結構取代，例如第7A圖的體心立方晶格(Body-Centered Cubic)、第7B圖的面心立方晶格(Face-Centered Cubic)、第7C圖的螢石晶格(Fluorite)、第7D圖的凱文晶格(Kelvin)、第7E圖的螺旋曲面晶格(Gyroid)、第7F圖的史瓦茲曲面晶格(Schwarz)、第7G圖的鑽石曲面晶格(Diamond)及第7H圖的分割P形曲面晶格(Split-P)。整體而言，第二緩衝層200透過其中由多個晶格結構單元210組合成的非填滿的結構設計來達到直接吸收垂直於受力面施加之應力的效果。

在一些實施方式中，晶格結構單元210中的鏤空區域S4也可與第一桿110之間的鏤空區域S1、第二桿120之間的間隔區域S2及支撐件130之間的鏤空區域S3彼此連通，以形成由第一緩衝層100之內側表面部I連續延伸至第二緩衝層200之外側表面部U的氣體交換腔。

在一些實施方式中，第一緩衝層100與第二緩衝層200整體可以是由三維打印成一體，也就是說，第一緩衝層100中的第一桿110、第二桿120及支撐件130與第二緩衝層200中的晶格結構單元210一體成型。在另一些實施方式中，第二緩衝層200可透過例如是膠合、機械連接(例如，榫卯或卡扣)、焊接(例如，熱熔焊接、超音波焊接)或額外安裝固定件等合適方式與第一緩衝層100結合，以提供提供設計及組裝的靈活性。

在一些實施方式中，第二緩衝層200整體也可於三維打印成一體後進行發泡處理，也就是說，第二緩衝層200中的每一個晶格結構單元210可具有如第6圖所示之第一緩衝層100中的多個泡孔結構H。

值得說明的是，本揭露中第一緩衝層100的設計著重於支撐件130提供的「減少頭盔橫向偏移或旋轉」的功能，具體是透過支撐件130對於第一桿110與第二桿120之間的相對位移限制，搭配第二桿120與頭部之間的摩擦力，來抵抗側向作用力對於第一緩衝層100造成的橫向偏移或旋轉。此外，支撐件130也可實現「重新分佈應力(分散應力)」的功能，具體是透過支撐件130的偏轉作用將垂直施加於受力面的應力轉化為水平方向的力，使這些水平方向的力透過第一桿110的二維網格結構及第二桿120的連續延伸結構進一步向周圍傳遞分散，讓水平方向的多個桿狀結構(例如，第一桿110、第二桿120)協同承擔垂直施加的負荷，進而降低局部應力集中對單一點的損害。在一些實施態樣中額外設置的第二緩衝層200則可進一步提供「吸收垂直應力」的功能，具體是透過晶格結構單元210的幾何特性(例如，晶格結構的三維分布及空腔設計)與材料彈性直接將垂直施加於受力面的應力吸收，減少應力向內層傳遞的能量。換句話說，第一緩衝層100與第二緩衝層200是透過不同的手段來達到緩衝的效果。整體而言，第一緩衝層100本身已可透過其「限制頭盔橫向偏移或旋轉」的能力及「重新分佈應力」的能力來達到良好的防護性能，而透過進一步將第一緩衝層100與第二緩衝層200結合，可進一步透過「吸收垂直應力」的方式強化緩衝與防護效果，增強頭盔整體的防護性能，提供更為全面的安全保障。

根據本揭露上述實施方式，透過使用非填滿設計的網格(第一桿)構成第一緩衝層的外側表面部，可將外力分散至更大的範圍，減少集中的應力對單一區域的損害，有效降低損傷風險；透過使用連續延伸且彼此不相交的連續桿(第二桿)構成第一緩衝層的內側表面部，不僅可提供良好的頭部貼合性(服貼性)，並且搭配支撐件的設計，還可加強第一緩衝層在特定方向上對頭部的摩擦力，進而限制頭盔與頭部之間的相對位移，以限制頭盔的橫向偏移或旋轉以強化頭盔的佩戴穩定性。此外，透過支撐件的偏轉作用，可讓水平方向的第一桿與第二桿共同承擔垂直施加的負荷，達到應力分散的效果。整體而言，透過第一桿、第二桿和支撐件的協同作用，本揭露可透過有別於「直接吸收垂直應力」的方式來提升頭盔整體的防護性能與佩戴穩定性。

雖然本揭露已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10:三維打印緩衝結構 100:第一緩衝層 110,110a,110b,110c,110d:第一桿 120,120a,120b,120c:第二桿 130:支撐件 130a:第一端 130b:第二端 200:第二緩衝層 210:晶格結構單元 Q:弧形曲面 H:泡孔結構 θ:連接角 L:長度 D:間距 P:交點 G:網格 GU:網格單元 O,U:外側表面部 I:內側表面部 S1,S3,S4:鏤空區域 S2:間隔區域 R1,R2,R3,R31,R32,R4,R41,R42,R5:區域

為讓本揭露之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖為根據本揭露一些實施方式之應用於頭盔的三維打印緩衝結構的立體示意圖； 第2圖為第1圖之三維打印緩衝結構的區域R1的局部放大示意圖； 第3圖為第1圖之三維打印緩衝結構的區域R2經視角調整後的局部放大示意圖； 第4A圖為第1圖之三維打印緩衝結構的區域R3經視角調整後的局部放大示意圖； 第4B圖為第1圖之三維打印緩衝結構的區域R4經視角調整後的局部放大示意圖； 第5A圖為第2圖之三維打印緩衝結構的區域R5的局部放大示意圖； 第5B圖為根據本揭露另一些實施方式之支撐件的結構態樣，其呈現的區域係對應第2圖之三維打印緩衝結構的區域R5； 第6圖為根據本揭露一些實施方式之第一桿、第二桿或支撐件的剖面微觀示意圖；以及 第7A至第7H圖根據本揭露不同實施方式之晶格結構單元的晶格結構示意圖。

100:第一緩衝層

110:第一桿

120:第二桿

130:支撐件

200:第二緩衝層

210:晶格結構單元

D:間距

P:交點

G:網格

O,U:外側表面部

I:內側表面部

S1,S3,S4:鏤空區域

S2:間隔區域

R1,R5:區域

Claims (10)

1. 一種應用於頭盔的三維打印緩衝結構，包括： 一第一緩衝層，包括： 一外側表面部，包括複數個第一桿，其中該些第一桿彼此交叉配置成一網格，且定義出靠近該頭盔的一外殼的一外輪廓； 一內側表面部，包括複數個第二桿，其中該些第二桿連續性地延伸並彼此間隔相鄰不相交，且定義出靠近一使用者的一內輪廓；以及 複數個支撐件，設置於該外側表面部以及該內側表面部之間，該些支撐件的每一者具有一第一端以及一第二端，其中該些支撐件的任一者的該第一端及該第二端分別連接該些第一桿的任一者及該些第二桿的任一者； 其中，該些第一桿、該些第二桿及該些支撐件是由三維打印成一體。
2. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，其中該些支撐件的任一者為一直柱件。
3. 如請求項2所述的三維打印緩衝結構，其中該些支撐件的任一者與相連接的該些第一桿的該者的一第一連接角為45度至135度，並且該些支撐件的任一者與相連接的該些第二桿的該者的一第二連接角為45度至135度。
4. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，其中該些支撐件的任一者的該第一端連接該網格的一交點。
5. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，其中相鄰的該些支撐件的任兩者以上彼此相交。
6. 如請求項5所述的三維打印緩衝結構，其中相鄰的該些支撐件的任兩者以上相交於該些第一桿的任一者或該些第二桿的任一者。
7. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，更包括： 一第二緩衝層，連接該外側表面部，並設置於該外側表面部與該頭盔的該外殼之間，且包括複數個晶格結構單元，且該些晶格結構單元的每一者具有一鏤空區域。
8. 如請求項7所述的三維打印緩衝結構，其中該些第一桿、該些第二桿、該些支撐件及該些晶格結構單元是由三維打印成一體。
9. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，其中該些第一桿的每一者、該些第二桿的每一者及該些支撐件的每一者各自具有複數個泡孔結構。
10. 如請求項1所述的三維打印緩衝結構，其中該些第一桿之間具有複數個第一鏤空區域，該些第二桿之間具有複數個第二鏤空區域，該些支撐件之間具有複數個第三鏤空區域，且該些第一鏤空區域、該些第二鏤空區域及該些第三鏤空區域相連通。