能量吸收系统的制作方法

1.本发明涉及能量吸收系统。具体但非排他性地，本发明涉及柔性能 量吸收系统，所述柔性能量吸收系统包括例如应变率敏感材料的能量吸 收材料。


背景技术：

2.已知的冲击保护系统通常分为两种类型，即具有可能穿戴不舒服的 刚性外壳的系统(例如，单排轮滑或滑冰板膝盖或肘垫)以及具有泡沫 或泡沫层压垫的系统(例如滑雪服的插入件)，这提供了较差的保护水 平。
3.因此，需要提供既轻便又灵活的能量吸收系统，从而穿戴舒适，同 时仍能消散和吸收施加于其上的冲击负荷，从而提供更有效的保护。
4.美国专利申请号us-a-2012/021167公开了利用凹入几何结构的柔 性能量系统的意想不到的性能改进。所述系统可以包括拉伸层并且可以 包括展现应变率敏感性的材料。在us-a-2012/021167中，所述凹入结构 通常被认为是重复的单个部件，其具有凹入角度或一些负的拔模角度。 在某些情况下，所述几何结构在冲击过程中使其本身屈曲或向内折叠， 从而提高冲击能量吸收特性。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括多个 层，其中每个层包括应变率敏感材料，其中每个层包括一个或多个单元， 其中在所述多个层中的第一层中的一个或多个单元中的每个单元包括 沿着轴的凹入几何结构，并且其中所述多个层中的第二层中的一个或多 个单元中的每个单元包括具有沿着所述轴的与至少第一层中相应的一 个或多个单元至少部分重叠的区域。
6.根据本发明的第二方面，提供了一种制造柔性能量吸收系统的方法， 所述方法包括：
7.形成包括应变率敏感材料的多个层；
8.在所述多个层中的每个层中形成一个或多个单元；
9.在所述多个层中的至少第一层中沿着轴形成包括凹入几何结构的一 个或多个单元；以及
10.使所述多个层中的第二层中的所述一个或多个单元与所述多个层中 的至少所述第一层中相应的一个或多个单元至少部分重叠。
11.根据本发明的第三方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括：第 一层，包括一个或多个单元，所述一个或多个单元中的每个单元具有凹 入几何结构，以及第二层，包括一个或多个突出部，其中所述第二层中 的所述一个或多个突出部配置成与所述第一层中相应的一个或多个单 元互锁，并且其中所述第一层和第二层中的至少一个包括应变率敏感材 料。
12.根据本发明的第四方面，提供了一种制造柔性能量吸收系统的方法， 所述方法包
括：
13.形成第一层；
14.在第一层中形成一个或多个单元，所述一个或多个单元中的每个单 元具有凹入几何结构；
15.形成第二层；以及
16.在第二层中形成一个或多个突出部，
17.其中，所述第二层中的一个或多个突出部配置成与所述第一层中相 应的一个或多个单元互锁，以及
18.其中，至少一个层包括应变率敏感材料。
19.根据本发明的第五方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括主体， 所述主体包括内部单元和外部单元，其中所述内部单元在所述外部单元 内，其中内部单元通过腹板保持在外部单元内，其中所述内部单元和所 述外部单元中的至少一个单元包括凹入几何结构，其中所述主体包括应 变率敏感材料，其中所述内部单元包括在所述内部单元的开口处的悬突 部，其中所述外部单元包括在所述外部单元的开口处的悬突部，并且其 中所述外部单元的悬突部不同于所述内部单元的悬突部。
20.根据本发明的第六方面，提供了一种制造柔性能量吸收系统的方法， 所述方法包括形成主体，其中形成所述主体包括：
21.形成内部单元；
22.形成外部单元，
23.其中所述内部单元和外部单元中的至少一个与凹入几何结构一起形 成；
24.形成腹板以将所述内部单元保持在所述外部单元内；
25.在所述内部单元的开口处在所述内部单元内形成悬突部；以及
26.在所述外部单元的开口处在所述外部单元内形成不同的悬突部，
27.其中，所述主体包括应变率敏感材料。
28.根据本发明的第七方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括主体， 所述主体包括内部单元和外部单元，其中所述内部单元在所述外部单元 内，其中所述内部单元通过腹板保持在述外部单元内，并且其中所述内 部单元和所述外部单元中的至少一个包括凹入几何结构，并且其中所述 主体包括应变率敏感材料，并且其中所述内部单元和所述外部单元在相 同的方向上取向。
29.根据本发明的第八方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括一个 或多个单元的片材，其中所述片材中的至少一个单元包括凹入几何结 构，其中所述至少一个单元包括各向异性几何结构，并且其中所述片材 包括弹性体材料。
30.根据本发明的第九方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括单元， 其中所述单元包括沿着第一轴的恒定横截面，其中所述单元包括沿着第 二轴的凹入几何结构，并且其中所述单元包括应变率敏感材料。
31.根据本发明的第十方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括在平 面上的多个单元，其中所述单元包括应变率敏感材料，其中所述系统可 采用平面形式和非球面形式来配置，并且其中当采用非球面形式配置 时，所述单元包括凹入几何结构。
32.根据本发明的第十一方面，提供了防护服，包括根据本发明的第一 方面、第三方
面、第五方面和第七方面至第十方面的任意所述的系统。
33.根据本发明的第十二方面，提供了一种头盔，包括根据本发明的第 一方面、第三方面、第五方面和第七方面至第十方面的任意所述的系统。
34.根据本发明的第十三方面，提供了一种制造柔性能量吸收系统的方 法，所述方法包括：
35.沿第一轴形成具有恒定横截面的单元，
36.将所述单元形成为具有沿着第二轴的凹入几何结构；以及
37.使用应变率敏感材料形成单元。
38.根据本发明的第十四方面，提供了一种制造柔性能量吸收系统的方 法，所述方法包括：
39.在平面上形成单元，
40.使用应变率敏感材料形成所述单元；
41.将所述系统形成为可采用平面形式和非球面形式来配置；以及
42.形成所述系统，使得当采用非球面形式配置时，所述单元包括凹入 几何结构。
43.根据本发明的第十五方面，提供了一种柔性能量吸收系统，包括多 个单元，其中所述单元包括应变率敏感材料，其中所述系统可采用平面 形式和非平面形式来配置，并且其中，当采用非平面形式来配置时，所 述单元包括凹入几何结构。
44.根据本发明的第十六方面，提供了一种系统，所述系统基本上是根 据本文参照附图描述且由附图示出的任意示例。
45.本发明的其他特征和优点从仅作为示例给出的本发明的优选实施例 的以下描述中变得显而易见，所述实施例将参照附图。
附图说明
46.图1示出了根据本发明实施例的具有凹入几何结构的单元的三个示 例的等距视图；
47.图2a至图2c分别示出了根据本发明实施例的单元的等距视图、正 视图和横截面图；
48.图3a至图3e分别示出了根据本发明实施例的单元的等距视图、正 视图、侧视图和两个截面图；
49.图4a至图4c分别示出了根据本发明实施例的等距视图、正视图和 横截面视图；
50.图5a至图5d分别示出了根据本发明实施例的等距视图、正视图和 横截面视图；
51.图6a至图6c分别示出了根据本发明实施例的等距视图、正视图和 横截面视图；
52.图7a至图7b分别示出了典型多孔材料的应力-应变曲线和根据本发 明实施例的应力-应变曲线；
53.图8a至图8e示出了根据本发明实施例的实施例的俯视图、横截面 图和组装截面图；
54.图9a至9d示出了本发明的实施例的横截面图；
55.图10示出了根据本发明的实施例的示例的能量吸收性能结果；
56.图11示出了根据本发明的实施例的示例的力相对负载的结果；
57.图12a至图12b示出了根据本发明的根据实施例的实施例的横截面 图；
58.图13示出了根据本发明的根据实施例的实施例的等距视图；
59.图14a至图14d示出了根据本发明的实施例的等距视图、俯视图和 两个横截面视图；
60.图15a至图15d分别示出了根据本发明实施例的主体的等距视图、 正视图、侧视图和横截面视图；
61.图16示出了根据本发明的实施例的示例的能量吸收性能的结果；
62.图17a至图17c分别示出了根据本发明实施例的主体的等距视图、 正视图和横截面视图；
63.图18a至图18d分别示出了根据本发明实施例的主体的等距视图、 正视图、侧视图和两个横截面视图；
64.图19a至图19d分别示出了根据本发明实施例的能量吸收系统的等 距视图、正视图、侧视图和横截面图；
65.图20a至图20d分别示出了根据本发明的实施例的主体的等距视图、 正视图、侧视图和两个横截面视图；
66.图21示出了根据本发明的实施例的示例的时间相对线性加速度的 结果；
67.图22示出了根据本发明的实施例的示例的时间相对旋转加速度的 结果；
68.图23示出了根据本发明的实施例的示例的时间相对旋转加速度的 结果；
69.图24示出了根据本发明的实施例的示例的时间相对旋转加速度的 结果；
70.图25a至图25b示出了基于线性加速度和旋转加速度的山地自行车 伤害的建议伤害阈值；
71.图26a至图26b分别示出了根据本发明的实施例的采用平面形式的 能量吸收系统的俯视图和采用非球面形式的所述能量吸收系统的正视 图；
72.图27a至图27c分别示出了根据本发明实施例的能量吸收系统的单 元的等距视图、俯视图和侧视图；
73.图28a至图28c分别示出了根据本发明实施例的采用平面形式的能 量吸收系统的俯视图以及所述能量吸收系统的单元的等距视图和俯视 图；
74.图29a至图29d分别示出了根据本发明实施例的采用平面形式的能 量吸收系统的俯视图，以及所述能量吸收系统的单元的等距视图、俯视 图和横截面图；
75.图30a至图30d分别示出了根据本发明实施例的采用平面形式的能 量吸收系统的俯视图，采用非球面形式的所述能量吸收系统的侧视图， 以及所述能量吸收系统的单元的等距视图和俯视图；
76.图31a至图31b分别示出了根据本发明实施例的能量吸收系统的等 距视图和侧视图；
77.图32a至图32b示出了根据本发明实施例的能量吸收系统与参考相 比的测试结果；以及
78.图33示出了根据本发明实施例的示例的下降高度相对平均峰值线 性加速度的结果。
具体实施方式
79.本发明的实施例包括柔性能量吸收系统和制造柔性能量吸收系统的 方法。
80.本发明的一些实施例涉及包括至少一些“应变率敏感材料”的能量 吸收系统。应变率敏感材料可以被定义为其性质随着应变率增加而变化 的材料。在一些实施例中，所述应变率敏感材料包括短切纤维。
81.诸如聚氨酯(pu)、膨胀聚苯乙烯(eps)、乙烯基丁腈橡胶(vnr) 和环氧树脂或聚合物(如尼龙)的典型材料在不同应变率下的加载速率 显示出很小的变化。通常，差异范围只有百分之几，通常小于10％。相 反，应变率敏感材料可以显示出超过100％的加载速率的变化并且可以 高达3000％。当应变率加倍时，应变率敏感材料的性质例如可以改变超 过20％，并且随着应变率的增加可以改变超过50％。加载速率增加100％ 意味着应变率敏感材料的杨格模量增加了一倍。
82.在实施例中，所述应变率敏感材料包括活性化合物，在冲击时，改 变所述活性化合物的机械特性。在一些实施例中，这是膨化化合物。在 一些实施例中，所述膨化化合物包括化学膨化物。在一些实施例中，膨 化化合物包括硅树脂膨胀物。在一些实施例中，膨化材料包括以下中的 至少一种：硅基物质；或硼酸；聚乙烯醇、水、和硼砂或硼酸；淀粉和 水；淀粉、水和硼砂(或硼酸)；在乙二醇(或其他液体)中的二氧化 硅纳米粒子；共聚物分散体；和油/水/聚合物乳液。
83.在一些实施例中，所述应变率敏感材料包括机械膨化物，通常为液 体中的胶态悬浮体。在一些实施例中，所述应变率敏感材料包含化学膨 化物，其通过自发相分离而活化。在一些实施例中，所述膨化物包括化 学膨化物和机械膨化物的混合物。
84.在一些实施例中，所述应变率敏感材料包括在聚合物材料、可固化 材料或可硫化材料内的膨化材料，或与聚合物材料、可固化材料或可硫 化材料结合的膨化材料。
85.在所述能量吸收系统部分地包括应变率敏感材料的实施例中，可以 化学地或机械地实现材料的混合。如果是化学地，这可以包括氢交联、 物质交联或两者。氢交联的示例是聚硼二甲基硅氧烷。膨化应变率敏感 材料可以是任何含硼酸化聚二甲基硅氧烷(pdms)的硅树脂。其他更 永久的交联有利于模制过程；事实上，所述应变率敏感材料可以与其他 材料混合或反应以形成交联材料的稳定混合物。所述混合材料可以例如 包括热塑性弹性体(tpe)、高稠度橡胶、液体硅橡胶、热塑性塑料、 聚氨酯橡胶、聚氨酯和聚乙烯(pe)。通过与交联剂的反应，永久交联 可以加入到应变率敏感材料中，可以使用填充剂、纤维、增稠剂中的任 何添加剂。典型地，这些可以是高阻尼聚合物、热塑性弹性体或热塑性 聚氨酯，通常具有活性组分。热塑性组分可以是hybrartm、hytreltm、 septontm、sibstartm、tpsivtm的混合物。
86.本发明的实施例涉及柔性能量吸收系统，所述柔性能量吸收系统包 括应变率敏感材料且结构具有凹入几何结构。在一些实施例中，所述系 统包括凹入结构和非凹入结构的混合。在一些实施例中，所述系统包括 与另一结构配合的凹入结构。在一些实施例中，其他结构也是凹入的。
87.根据本发明的实施例，所述能量吸收系统包括多个层，并且每个层 包括一个或多个单元。多个单元中的第一层中的一个或多个单元中的至 少一个具有凹入几何结构。在一些实施例中，第一层中的一个或多个单 元中的每个单元具有凹入几何结构。在一些实施例
中，多个层中的其他 层中的一个或多个单元可具有凹入几何结构。在一些实施例中，多个单 元中的第一层中的一个或多个单元和第二层中的一个或多个单元具有 相同的几何结构。在一些实施方案中，每个层包含凹入单元和非凹入单 元的混合。
88.为了清楚起见，用于描述本发明的每个附图示出了包括一个或两个 层的系统，每个层包括一个单元。应当理解的是，每个实施例可以包括 多个层，每个层包括多于一个的单元。例如，超过10个单元或超过110 个单元。还应当理解的是，每个实施例可以在多个层中包括多于两个层。
89.在能量吸收系统中提供多个层导致能量吸收性的进一步出乎意料和 实质性的改善。这是由于吸收能量的其他机制，典型地在层之间，吸收 比预期更多的能量。这种显著的额外能量吸收机制包括两个凹入部分之 间的摩擦分量。带来比单独使用更多材料更多的性能的改善，并导致意 想不到的性能改善，同时使能量吸收系统也具有柔性和透气性。
90.图1示出了根据本发明实施例的具有凹入几何结构的单元的三个示 例的等距视图。图1的实施例示出了包括具有凹入几何结构的单元3a、 3b、3c的能量吸收系统1a、1b、1c的三个示例。所述凹入几何结构沿 轴(如图1所示的垂直轴6)延伸。
91.图1所示的单元3a、3b、3c包括具有或不具有基部元件2的挤出薄 壁部分，从圆形、正方形和六边形逐渐变细。所述基部元件2在垂直于 所述凹入几何结构的所述轴6的平面中延伸。在一些实施例中，所述基 部元件2配置成将单元3a、3b、3c附接到其他单元3a、3b、3c以形成 层的一部分。在其他实施例中，层中的所有单元3a、3b、3c被附接到相 同的基部元件2。在其他实施例中，所述基部元件2配置成将所述能量 吸收系统1a、1b、1c附接到对象(未示出)的表面。在一些实施例中， 所述基部元件2用于将单元3a、3b、3c附接到头盔的内侧，使得所述能 量吸收系统1a、1b、1c可以增加所述头盔的能量吸收性能。
92.在图1的一些实施例中，每个单元3a、3b、3c可以被认为是凹入的。 在其他实施例中，单元3a、3b、3c具有图1所示的其他凹入结构。在一 些实施例中，所述单元3a、3b、3c具有各向异性的凹入几何形状，使得 当沿着不同的轴测量时，所述单元3a、3b、3c的性质是不同的。
93.图2a示出了根据本发明实施例的单元的等距视图。图2b示出了所 述单元的正视图，并且图2c示出了所述单元的横截面图。在图2a至图 2c的实施例中，所示单元4具有凹入几何结构，所述凹入几何结构沿着 如图2a至图2c所示的轴(例如垂直轴7)延伸。
94.图3a示出了根据本发明实施例的单元的等距视图。图3b示出了所 述单元的正视图，且图3c示出了所述单元的侧视图。图3d示出了图3b 所示的截面a-a的横截面图。图3e示出了图3c所示的截面b-b的横截 面图。在图3a至图3e的实施例中，所述单元5具有锥形的各向异性凹 入几何结构，所述凹入几何结构沿着如图3a至图3e中所示的轴(例如 垂直轴8)延伸。图3a至图3e中的其他实施例可以包括任何其他各向 异性凹入几何结构。图3a至图3e的实施例在不同的方向上具有不同的 性质。在沿轴8，在主要的冲击方向上，可以调谐所述单元5以对冲击 具有一定的响应。对于倾斜冲击，可以调谐所述单元以产生来自不同方 向的不同冲击响应。
95.图4a示出了根据本发明实施例的能量吸收系统10的等距视图。图 4b示出了图4a的实施例的正视图。图4c示出了图4b的截面c-c的横 截面图。在图4a至图4c的实施例中，第一层110中的单元111和第二 层120中的单元121具有相同的几何结构，所述几何结构沿着
如图4a 至图4c的轴(例如垂直轴11)是凹入的。在其他实施例中，第一层110 和第二层120各自包括多个单元111、121。在其他实施例中，所述凹入 几何结构沿着任何其他轴。在其他实施例中，第二层120中的单元121 不具有凹入几何结构，或者具有与第一层110中的单元111不同的凹入 几何结构。在一些实施例中，当第二层120中的单元121具有凹入几何 结构，但它并不沿着与第一层110中的单元111的凹入几何结构相同的 轴11。
96.在图4a至图4c的实施例中，第一层110中的单元111包括具有开 口113的凹入凹部112。在其他实施例中，第二层120中的单元121包 括具有开口123的凹入凹部122。在实施例中，所述凹部112、122沿着 系统中的单元111、121的凹入几何结构的方向延伸，如图4a至图4c 所示为垂直轴11。在其他实施例中，单元111、121具有不凹入的凹部 112、122，例如所述凹部112、122可以具有垂直侧而不具有负拔模角。
97.在图4a至图4c的实施例中，第一层110中的单元111和第二层120 中的单元121包括在凹入凹部112、122的与开口113相对的末端处的 相应的基部元件114、124。在一些实施例中，基部元件114、124在垂 直于相应单元111、121的凹入几何结构的轴11的方向上延伸。在其他 实施例中，在多个层中的一个层110(或120)中的一个或多个单元111 (或121)包括基部元件114(或124)。在其他实施例中，在多个层中 的层110(或120)中的一个或多个单元111(或121)中的至少一个包 括基部元件114(或124)。在其他实施例中，所述系统包括不具有相 应基部元件114、124的单元111、121，并且因此每个单元包括在凹入 凹部112(或122)的相对末端处的第一开口113(或123)和第二开口 (未示出)。这样的实施例引起更透气的系统，这可能对于用户来说可 能更舒适。
98.在图4a至图4c的实施例中，第二层120中的单元121沿垂直轴11 与第一层110中的单元111重叠。在一些实施例中，重叠的区域130包 括第一层110中的单元111中的凹入凹部112的开口113。在其他实施 例中，第二层120中的单元121与第一层110中的单元111垂直地重叠， 而重叠的区域130不包括第一层110中的单元111的凹入凹部112的开 口113。例如，第二层120中的单元121不与第一层110中的相应单元 111垂直地对齐。
99.在图4a至图4c的实施例中，第二层120中的一个或多个单元121 通过在重叠的区域130处的相应的单元111、121之间的摩擦力，相对 于第一层110中的相应的一个或多个单元111被保持在适当位置。
100.在图4a至图4c的实施例中，当冲击时，第二层120沿垂直轴11朝 向第一层110移动，导致重叠的区域130尺寸增加。在一些实施例中， 在冲击时，第二层120中的单元121进一步移动到第一层110中的单元 111的凹入凹部112中。在其他实施例中(未示出)，第二层120中的 一个或多个单元121进一步移动到第一层110中的一个或多个单元111 之间的间隙中。在一些实施例中，用于吸收能量的附加机制包括当第一 层110和第二层120一起移动时第一层110和第二层120的接触表面 115、127之间的摩擦力。在一些实施例中，当第一层110和第二层120 一起移动时，第一层110中的一个或多个单元111被扩展，并且第二层 120中的一个或多个单元121被收缩。一旦第一层110和第二层120移 动以在几何学上尽可能的相靠近，则其他能量吸收性质成为抵抗冲击的 主要力，例如塑性变形，并以屈曲击碎层110、120中的一个或多个单 元。
101.在图4a至图4c的实施例中，在第一层110中的单元111和第二层 120中的单元121包括各自的基部元件114、124的情况下，系统10的 能量吸收特性具有第二益处。在实施例
中，这种第二益处在于，被捕集 在第二层120中的单元121的基部元件124与第一层120中的单元111 之间的体积中的流体，例如空气，被压缩。这会导致空气逃逸并被泵出。 这也有助于减少反弹。
102.在图4a至图4c的实施例中，在系统中的层110、120之间的流体的 移动由包括各自的基部元件114、124的单元111、121(或每个单元) 的配置来控制。在一些实施例中，在层110、120中的一个或两个层中 的单元111、121中的各自基部元件114、124包括模制阀(未示出)， 当冲击系统时，该模制阀限制可穿过它的流体的流率，或者当达到一定 压力时，所述模制阀仅允许流体移动。在一些实施例中，基部元件114、 124配置成在预定压力下断裂。例如，基部元件114、124可以比它们相 应的单元111、121的壁116、126更厚，或者具有与它们相应的单元111、 121的其余部分不同的材料性质。这样的实施例导致更透气系统10，更 透气系统10可能对用户来说更舒适。在一些实施例中，在系统10包括 具有基部元件120、124的多个单元111、121时，基部元件114、124 各自具有相同的性质。在其他实施例中，基部元件114、124具有彼此 不同的性质。
103.根据图4a至图4c的实施例的能量吸收系统10包括拉伸层(未示 出)。在一些实施例中，拉伸层例如通过钩环系统或粘合剂粘附到层110 (或120)中的一个或多个单元111(或121)。在其他实施例中，拉伸 层包含织物。在制造中，将织物放置在用于模制单元111、121的模制 工具中，使得一个或多个单元111(或121)的材料被迫穿过织物的开 放式编织结构，并且因此织物与一个或多个单元111(或121)一体成 型。
104.根据图4a至图4c的实施例的系统10示出了对单个层的等效厚度和 密度的大约30％的改进。这种性能改进归因于当层110、120被推到一 起时，摩擦力的增加。摩擦力作为抵抗对系统10的冲击的阻力的一部 分。
105.如下面将要描述的，通过在根据本发明的实施例的能量吸收系统中 的层之间提供备选接口来生成附加的或备选的阻力。
106.图5a示出了根据本发明实施例的能量吸收系统15、20的等距视图。 图5b示出了图5a的实施例的正视图。图5c示出了图5a至图5b的实施 例的横截面图。图5d示出了图5a至图5b的实施例的横截面图。除了在 这些实施例中，第一层150(或210)中的单元151(或211)与第二层 160(220)中的单元161(221)被制造为单个部件16(或21)，图5a 至图5d的实施例的架构与参考图4a至图4c描述的架构相似。在实施例 中，单个部件16(或21)被制造使得第二层160(或220)中的单元161 (或221)与第一层150(或210)中的单元151(或211)至少部分重 叠。这些单个部件16(或21)可以任意组合在多个层中使用，这些单 个部件还可以配置在重复的单个部件16(或21)的任何阵列中。多个 单个部件16(或21)可以处于相同的取向或镜像，向外或向内逐渐变 细。在其他实施例中，单个部件16(或21)被模制成单独的部件并且 被接合或模制成单个部件16(或21)的片材。在其他实施例(未示出) 中，第一层、第二层和第三层中的每个层中的单元被制造为单个部件。 在其他实施例中，多于三个层可以形成单个部件。
107.将第一层150、210中的单元151、211和第二层160、220中的单元 161、221制造为单个部件16、21减少了制造期间所需的步骤数量。在 该实施例中，制造一个部件，而在较早的实施例中，制造多个部件并且 随后层叠在彼此之上。
108.在图5a至图5d的一些实施例中，包括在至少第一层150(或210) 和第二层160(或
220)中的一个或多个单元151、161(或211、221) 的单个部件16(或21)通过注塑成型制造。在一些实施例中，模制工 具的拼合线与重叠的区域170(或230)齐平，而在其他实施例中，所 述模制工具的拼合线沿着单个部件16(或21)的高度位于其他位置。
109.与参考图4a至图4c所讨论的那些实施例相比，图5a至图5d的实 施例提供了附加的能量吸收机制。在一些这样的实施例中，当冲击系统 15(或20)时，在第二层160(或220)中的一个或多个单元161(或 221)移动到在第一层150(或210)中相应的单元151(或211)中的 凹入凹部152(或212)内之前，在重叠的区域170(或230)处发生断 裂。图5c(或图5d)示出了断裂点180(或240)。在断裂之后，层150、 160(或210、220)以与图4a至图4c所示的实施例所描述的方式类似 的方式一起移动。在实施例中，随着层150、160(或210、220)一起 移动，重叠的区域170(或230)的尺寸增加，并且因此阻力摩擦力增 加。在实施例中，一旦第一层150和第二层160(或210、220)移动以 尽可能几何地靠近在一起，则其他能量吸收性质成为抵抗冲击的主要 力，例如塑性变形，并以屈曲击碎在层150、160(或210、220)中的 一个或多个单元151、161(或211、221)。在一些实施例中，如先前 解释的那样，使用包含在系统中的流体来帮助控制阻尼和回弹也是有益 的。
110.在图5a至图5d的实施例中，单个部件16(或21)制造成具有预定 的性质，例如使得断裂发生在预定力下。更坚硬的材料将导致在断裂之 前，承受更高的静态负载。
111.在图5d的一些实施例中，单个部件21被制造成具有拉伸层235， 图5d中示出了这种配置的示例。已经示出了根据实施例的具有拉伸衬 背的能量吸收材料减少了超过50％的来自冲击事件的传递的力。在实施 例中，拉伸层235改善能量吸收系统20的稳定性和/或有助于将能量吸 收系统20集成到可穿戴的衣服中和/或例如通过使用用于附接到头盔皮 肤的内侧的钩环系统，用于将能量吸收系统20附接到表面。在一些实 施例中，拉伸层235包括钩环系统，当制造单个部件21时，该系统放 置在模制工具中。
112.在图5d的一些实施例中，拉伸层235包括织物，并且经由注塑成型 制造单个部件21，其中织物放置在用于模制工具的拼合线处。在其他实 施例中，拉伸层235位于适合单个部件21的设计的顶部、底部或任何 其他地方。在一些实施例中，拉伸层235穿过断裂点240，从而提供更 高的抗断裂性并且抑制系统20中的单元211、221的能量吸收材料逐渐 远离撞击位置。
113.图6a示出了根据本发明实施例的能量吸收系统25的等距视图。图 6b示出了图6a中所示的实施例的正视图。图6c示出了图6b中的截面 a-a的横截面图。除了第二层260中的单元261具有比第一层250中的 单元251更小的宽度之外，这些实施例与参照图5a至图5d所描述的单 个部件的实施例类似，使得在第二层260中的单元261与第一层250中 的单元251接触之前，第二层260配置成进一步移动到第一层250中的 单元251的凹入凹部252中。在该实施例中，单个部件26包括保持结 构290，保持结构290将第二层260中的单元261保持在第一层250中 的单元251的垂直上方的位置，使得第二层260中的单元261的外表面 267不接触在第一层250中的单元251的凹入凹部252的表面255。
114.在图6a至图6c的实施例中，保持结构290逐渐变细，使得其延伸 到第一层250中的单元251的凹入凹部252中。在其他实施例中，保持 结构290在垂直于第一层250中的单元251的凹入轴27的平面中延伸。 在其他实施例中，保持结构290逐渐变细，使得其延伸远离在第一层250 中的单元251的凹入凹部252。
115.图6a至图6c的实施例相对于参照图5a至图5d讨论的实施例提供 了改进的“软”性能的附加益处。图6a至图6c的实施例为第一次约20％ 的压缩提供对压缩力的较软响应，增加了用户的舒适度。在实施例中， 如果冲击的力导致大于约20％的压缩，则提供更硬的响应，因为第二层 260中的单元261被压缩，使得其外表面267接触第一层250中的单元 251的凹入凹部112的表面255，导致当在第二层260中的单元261进 一步移动到第一层250的单元251的凹入凹部252中时，产生摩擦阻力。 在实施例中，一旦层250、260移动以在几何学上尽可能地靠近在一起， 则其他能量吸收性质成为抵抗冲击的主要力，例如塑性变形，并以屈曲 击碎在层250、260中的一个或多个单元251、261。
116.可以调整图6a至图6c的实施例以提供相对较软的初始响应(例如 20％应变)，并且然后加载到更硬的响应以吸收更大的冲击。在一些实 施例中，初始压缩是弹性的，允许能量吸收系统用于多次较小的冲击而 不降低能量吸收性能。
117.在图6a至图6c的实施例中，使用相同的应变率敏感材料将保持结 构290、第一层250中的单元251和第二层260中的单元261制造为单 个部件26。在其他实施例中，保持结构290包括与第一层250中的单元 251和第二层260中的单元261具有不同的材料的拉伸层(未示出)。 在实施例中，拉伸层有助于将能量吸收系统25集成到可穿戴的服装， 并且与由单独使用的应变率敏感材料构成的保持结构290相比，给予能 量吸收系统25不同的响应性质。在一些实施例中，保持结构290包括 应变率敏感材料和拉伸层。在一些实施例中，拉伸层包括织物。在一些 实施例中，当在第一层250中的单元251和在第二层260中的单元261 被制造时，拉伸层放置在模制工具中，使得应变率敏感材料被迫穿过织 物的编织结构，导致织物与第一层250中的单元251和第二层260中的 单元261中的至少一个一体成型。在一些实施例中，单个部件26包括 多个拉伸层。在实施例中，拉伸层与单个部件26一体制造，而在其他 实施例中，拉伸层在制造完成后，被粘附到单个部件26。
118.在图4a至图4c、图5a至图5d和图6a至图6c的其他实施例中，能 量吸收系统中的单元具有各向异性的凹入几何结构，例如，如图3a至图 3e所示。在其他实施例中，各向异性通过改变单元的壁的厚度来实现。 在一些实施例中，单元的总体的几何形状是各向异性的。在一些实施例 中，单元的壁的厚度是各向异性的。
119.图7a示出了典型的多孔状或泡沫材料的应力-应变曲线，并且图7b 示出了根据本发明的实施例，如参考图4a至图4c、图5a至图5d和图 6a至图6c所述的示例的应力-应变曲线。弹性体泡沫聚合物是目前是用 于柔性体戴式体育运动应用中的最常见的能量吸收材料。这种聚合物通 常是均匀的。如图7a所示，在冲击载荷下，所述泡沫首先通过弹性区域 压缩，并且然后接着稳定时期，到达最终致密化。灾难性的失败最终发 生在单元壁和材料的破裂。当所示单元壁失效时，所述弹性泡沫可以自 由移出冲击区域，在最需要的区域几乎留下很少或不留下材料。所述材 料失效并从冲击位置移开，最终导致较差的高负荷性能。改善弹性体泡 沫聚合物的载荷性能的方法是使用较厚的材料层，但是存在实际的限 制。提高弹性泡沫材料性能的其他方法是使所述单元壁变厚(网状)， 增加更多单元壁或增加密度。这种方法也有一个实际限制，因为它增加 了质量并降低了灵活性。性能的提高可以通过改变聚合物组分来获得， 但对于致密化和单元壁强度仍然观察到相同的趋势。
120.如参考图4a至图4c、图5a至图5d和图6a至图6c所述，本发明的 任何实施例可被设计成产生类似于图7b所示的应力-应变曲线。对于根 据图5a至图5d和图6a至图6c的实施
例，能量吸收系统15、20、25对 于压缩的第一部分是相对“刚性的”，导致相应的单个部分16、21、26 在断裂点180、240处断裂。在断裂时，应力在应力-应变曲线上下降， 然后在致密化区域之后再次增加。正常的多孔结构或弹性体泡沫的具有 峰值然后下降的应力应变曲线是不常见的，尤其是在压缩测试时。
121.设计成使用本发明的实施例的方法来产生应力应变曲线的结构，对 于鼓风地板垫或护卫垫是特别有用的，其中这些部分可能需要承受低速 静负载，例如被踩踏，但然后在某些点/应变率，例如在地板下爆炸事件， 来吸收能量，因为它们开始被压在一起。这可以允许断裂的峰值力低于 胫骨骨折的峰值力，并且然后在吸收能量时传递的负载实际上将会减 小。当与左侧相比，右侧曲线的曲线下方区域更高。根据实施例，这些 结构也可以应用于头盔中。
122.根据图4a至图4c、图5a至图5d和图6a至图6c的实施例包括用于 制造柔性能量吸收系统的方法。在一些实施例中，制造柔性能量吸收系 统包括形成包括应变率敏感材料的多个层，形成在所述多个层中的每个 层中的一个或多个单元，在所述多个层中的至少第一层中沿着轴形成包 含凹入几何结构的一个或多个单元，并且使所述多个层中的第二层中的 一个或多个单元与至少第一层中相应的一个或多个单元至少部分重叠。
123.在实施例中，所述形成包括以下中的一个或多个：模制、增材制造 等。在一些实施例中，所述形成包括注塑成型。
124.在一些实施例中，所述方法包括在至少第一层中的一个或多个单元 中形成沿轴延伸的凹入凹部。在一些实施例中，所述凹入凹部在至少第 一层中的一个或多个单元形成的同时形成，而在其他实施例中，在至少 第一层中的一个或多个单元形成后，制造所述凹入凹部。
125.在一些实施例中，所述方法包括将多个层中的第二层中的一个或多 个单元配置为至少部分地与至少第一层中的相应的一个或多个单元的 凹入凹部的开口重叠。在一些实施例中，第一层中的单元和第二层中的 单元被制造为单个部件，使得第二层中的单元至少部分地与在第一层中 的单元的所述凹入凹部的开口重叠。在其他实施例中，所述第二层中的 一个或多个单元配置为与至少第一层中的一个或多个单元至少部分重 叠。
126.在一些实施例中，所述方法包括用拉伸层形成多个层中的层中的一 个或多个单元。在一些实施例中，所述拉伸层由在层中全部单元组成。 在一些实施例中，所述拉伸层由在第一层中的至少一个单元和在第二层 中的至少一个单元组成。在一些实施例中，所述系统由多个拉伸层组成。
127.在一些实施例中，在所述单元已经制造之后，所述拉伸层粘附到能 量吸收系统中的至少一个单元。在一些实施例中，所述拉伸层包括钩环 系统。在一些实施例中，所述拉伸层包含织物。在一些实施例中，所述 织物包括开放式编织结构；在一些这样的实施例中，制造柔性能量吸收 系统包括通过将织物放置在模制工具中并使用压力迫使一个或多个单 元的材料穿过所述织物的所述开放式编织结构，以将所述多个层的层中 的一个或多个单元与所述织物一起形成。
128.本发明的实施例包括与上面对图1至图7b所述的那些实施例不同的 凹入几何结构。
129.图8a示出了根据本发明实施例的第一层310的俯视图。图8b示出 了根据本发明实
施例的第二层320的俯视图。图8c示出了图8a的截面 a-a的横截面图。图8d示出了图8b的截面c-c的横截面图。图8e示 出了作为图8a的第一层310和图8b的第二层320的组件的横截面视图。 图8a至图8e的结构的形状仅作为示例示出。根据这些实施例的能量吸 收系统包括第一层310和第二层320。第一层310和第二层320中的至 少一个包括应变率敏感材料。第一层310包括一个或多个单元311。一 个或多个单元311中的每个单元具有凹入几何结构。第二层320包括一 个或多个突出部321，一个或多个突出部321中的每个突出部321配置 为与第一层310中的相应一个或多个单元311互锁。图8e示出第一层 310和第二层320如何互锁。
130.在图8a至图8e的实施例中，第一层310和第二层320分开制造， 并且然后推到一起使它们互锁。在图8a至图8e的其他实施例中，第一 层310和第二层320单独制造，并且在使用中被定位成使得它们彼此邻 接(未示出)，使得在冲击所述系统时，第一层310和第二层320被推 到一起，以便它们部分或完全互锁。
131.在图8a至图8e的实施例中，第一层310包括规则模式的多个单元 311。在其他实施例中，第一层310中的单元311以其他模式布置。在 图8a至图8e的实施例中，第二层320中的一个或多个突出部321与第 一层310中的单元311对齐，使得突出部321与第一层320中的单元311 互锁。在一些实施例中，第二层320中的一个或多个突出部321沿垂直 于第二层320的表面325的轴从第二层320的表面325延伸。
132.在图8a至图8e的实施例中，第一层310中的一个或多个单元311 的凹入几何结构由第一层311中的沟和洼之一形成，每个沟或洼的壁317 向内朝向彼此成角度以形成凹角。
133.在图8a至图8e的实施例中，第二层320中的一个或多个突出部321 中的每个突出部包括凹部322。在每个突出部321中的凹部322从所述 突出部的基部324中的开口323延伸。
134.在图8a至图8e的实施例中，第二层320中的一个或多个突出部321 中的至少一个具有凹入几何结构。在一些实施例中，第二层320中的所 有突出部321具有凹入几何结构。在一些实施例中，第二层320中的突 出部21的凹入几何结构与第一层310中的一个或多个单元311的凹入 几何结构相对应，使得当突出部321和相应单元311是互锁时，在突出 部321和与其互锁的单元311之间没有间隙。
135.在图8a至图8e的实施例中，第一层310中的一个或多个单元311 中的每个单元的凹入几何结构包括具有相应第一开口313的凹部312。 在一些实施例中，所述凹部312延伸穿过第一层310到相应的第二开口 314。第二开口314允许系统更透气，当所述第一开口313被在第二层 320中的连锁突出部321阻挡时，所述系统中的流体可以流出第一层310 中的一个或更多个单元311中的第二开口314。在一些实施例中，第一 层310中的一个或多个单元311中的每个单元的凹入几何结构沿着各自 的轴。在一些实施例中，所述第一开口313的边缘形成第一层310的表 面316。第一层310中的一个或多个单元311中的每个单元的相应轴垂 直于第一层310的表面316。
136.在图8a至图8c的实施例中，第一层310包括两个或更多单元311 的片材。所述片材包括在两个或更多单元311之间的基部元件315。在 一些实施例中，第一层310包括多个两个或更多单元311的片材。例如， 如图8a、8c和8e所示，在一些实施例中，第一层310中的两个或更多 单元311的片材中的第一单元311a相对于两个或更多单元311的片材中 的第二单元311b在相反的方向上取向。
137.在图8a至图8e的实施例中，第二层320包括具有两个或更多突出 部321的片材。如图8b、图8c和图8e所示，所述片材包括在两个或更 多突出部321之间的基部元件326。在一些实施例中，第二层320包括 具有多个两个或更多突出部321的片材。
138.在图8a至图8e的实施例中，第一层310和第二层320包括具有相 同特性的材料。在其他实施例中，第一层310和第二层320包括不同特 性的材料，使得对系统30的冲击的响应可以被改变、调整和优化。在 一些实施例中，第一层310和第二层320中的材料在不同温度下具有不 同的特性以帮助改变不同温度下的总体冲击。在一些实施例中，第二层 320中的一个或多个突出部321由比第一层310中的一个或多个单元311 更硬的材料制成，这意味着第一层310中的单元311可以模制在第二层 320的突出部321上，从而能够达到更大的凹角。在其他实施例中，第 一层310中的一个或多个单元311和/或第二层320中的一个或多个突出 部321的表面光洁度是不同的。表面光洁度将改变所述系统30的阻尼 特性和系统30的能量吸收性能。例如对于一组不同的高阻尼参数的优 化，第一层310和第二层320之间的接口可以可选地是平滑的或甚至润 滑的以调整系统30。
139.在图8a至图8e的实施例中，所述系统包括第三层(未示出)。所 述第三层包括一个或多个突出部并且基本上类似于第二层320。所述第 三层包括应变率敏感材料。在一些实施例中，所述第三层位于相对于第 二层320第一层310的相对侧。在这些实施例中，第一层310包括两个 或更多单元311。在这样的实施例中，如图8a、图8d和图8e，至少第 一单元311a定向与第二单元311b相反的方向。在一些实施例中，第二 层320的一个或多个突出部321中的至少一个和第三层的一个或多个突 出部中的至少一个与第一层310中的相应的一个或多个单元311互锁。 在一些实施例中，第二层320的一个或多个突出部321中的至少一个和 第三层的一个或多个突出部中的至少一个被定位成使得它们邻接第一 层310中的单元311，使得在冲击所述系统时，第一层310、第二层320 和第三层被推到一起，使得它们互锁。
140.在图8a至图8e的实施例中，能量吸收系统30中的层配置为使得在 冲击所述系统30时，在配置为互锁的层310、320之间产生阻力。所述 阻力吸收来自冲击的能量。在一些实施例中，所述阻力包括摩擦力。在 一些实施例中，其中在系统30中的两个表面彼此接触时，其被迫相对 于彼此滑动，产生摩擦力。
141.图9a示出了根据本发明的实施例的第二层360的横截面图。图9b 示出了根据本发明的实施例的第一层350的横截面图。图9c示出了根据 本发明实施例的能量吸收系统35的横截面图。图9d示出了根据本发明 实施例的能量吸收系统40的横截面图。在图9a至图9d的实施例中，第 一层350包括两个或更多单元351，并且两个或更多单元351中的每个 单元都以相同的方向取向。在图9a至图9d的实施例中，第二层360包 括一个或多个突出部361。在图9d的实施例中，第二层360中的突出部 361与第一层350中的相应单元351互锁。在图9c的实施例中，第二层 360中的突出部361邻接第一层350中的各个单元351，使得在冲击时， 突出部361移动到相应的单元351中。在图9a至图9d的实施例中，第 二层360的每个突出部361通过基部元件366来联接以形成突出部361 的片材。
142.在图9c至图9d的实施例中，所述能量吸收系统中的第一层和第二 层配置为使得在冲击所述系统35(或40)时，在层350、360之间产生 阻力。所述阻力从所述冲击吸收能量。在一些实施例中，所述阻力包括 摩擦力。在一些实施例中，在系统35(或40)中的两个表面
在彼此接 触时，被迫相对于彼此滑动的任何点处产生摩擦。
143.图8a至图8e和图9a至图9d的一些实施例已经在落塔设备上进行 了测试。用于头盔测试的头型的形状的曲线砧座被用作顶部冲击器。测 试在冠部进行；头型的这个区域具有大约73mm半径的球体。一个平坦 的下砧被用于测试。加速度的测量与所述头型砧座的中心线一致。所传 递的力在平砧底座由测力传感器测量。峰值数字是从加速度和力量迹线 中数字地提取。还根据英国标准协会(bsi)体育用品标准和记录的峰 值加速度和力量来过滤痕迹。如体育用品测试中常用的那样，落下的质 量是5kg，且落下高度设定为能量为50j。这比通常用于中型尺寸的头盔 测试的通常4.7kg略高。目标距离为12.7mm，且目标峰值加速度低于 250g。这是退出头盔使用eps或膨胀聚丙烯(epp)达到的近似水平。
144.图10示出了图8a至图8e和图9a至图9d的实施例的示例的能量吸 收性能结果。测试的每个样品都包含应变率敏感材料。
145.样品1是图9b的示例性实施例的第一层350，厚度为12mm。样品 2是图8e的示例性实施例，其中每个层310、320具有10mm的厚度并 且整个系统30具有12mm的厚度。样品3是图9d的示例实施例，其中 第一层350和第二层360互锁，其中每个层350、360具有10mm的厚 度并且整个系统40具有12mm的厚度。样品2和3产生类似的能量吸 收性能结果，其显著优于样品1。传递的力和加速度减少了约30％，质 量增加仅约6％，表明提供配置为彼此互锁的两层的意想不到的好处。
146.样品4-6与相应的样品1-3相同，除了使用更软的等级材料。同样， 样品5和6比样品4重约6％，但传递的力和加速度降低了大约34％。
147.样品7是图9d的示例性实施例，其中第一层350和第二层360互锁， 其中每个层350、360具有10mm的厚度并且整个系统40具有12mm的 厚度。样品8是图8d的示例实施例，具有16mm的厚度。样品7和8 产生相似的能量吸收结果，但是样品8需要厚4mm且重34％以实现与 样品7类似的结果
148.样品9是12mm厚的应变率敏感材料的固体层。样品10与样品3 相同。样品9和样品10由相同的材料制成。样品10产生的传递的力和 加速度比样品9低约13％，而比样品9轻约38％。
149.图10所示的结果表明，当包含凹入几何结构的两层一起使用时，它 们以互锁的方式使用时，会出现通常超过30％的意想不到的性能改善， 而质量仅增加约5％。
150.这种性能改进归因于在冲击时，向系统添加摩擦部件。
151.图8a至图8e和图9a至图9d的一些实施例已经被重复测试。冲击 性能没有降低，表明实施例可以承受重复的冲击。例如，用于头盔的典 型材料通常只能承受单一的冲击。这适用于军用头盔，其中坚硬的弹道 壳非常容忍损伤，并且对于重复冲击的要求更新。图8a至图8e和图9a 至图9d的实施例也可以被调整以提供与典型头盔衬里材料(例如eps 和epp)类似的性能，但是可以相当软和更舒适，从而不需要额外的柔 软舒适泡沫。它们也可以透气，以帮助舒适。这些材料将允许使用可折 叠的头盔，因为它们非常灵活，且可以在厚度为12mm的柔性系统中通 过250g测试。
152.实施例通过使用图9b和图8a的组件并将它们包围在其他材料中来 获得这种效果。这些可以是任何材料，在一些实施例中，它们被浇铸在 pu泡沫中并且提供比组成部件更高的性能改进。类似的效果可能适用 于其他能量吸收材料，特别是在头盔中的eps，其中
图9b和图8a的部 分可以在制造eps时放置在工具中。
153.已经在具有平面模式的250kn instrontm框架上测试了图8a至图8e 和图9a至图9d的一些实施例。包含应变率敏感材料的样品以三个不同 的帧速度500mm/min、50mm/min、5mm/min进行测试。图11示出了这 些测试的能量吸收性能结果。在图11中，压缩负载相对于每个帧速度 的压缩延伸绘制。对于相应的框架速度，测试应变率的结果大约为 8.3s-1、0.83s-1和0.083s-1，这是材料对变速率敏感的结果。图11中的 压缩载荷对于前2mm的行程相对较低。该特征是单元311(或351)的 软的“拱形”形状的凹入几何结构的结果。这种设计的特征使得本发明 的实施例具有柔软的触感，使得它们佩戴更加舒适，并且允许吸收小敲 击和撞击。为了获得类似的性能，诸如eps或vnr的替代能量吸收材 料将不得不相当坚硬。在eps这种情况下，这几乎是刚性的，而vnr 将非常坚硬。
154.典型的防护服和头盔都是在下降装置上进行测试的，速度在4.3m/s 至7.5m/s之间，通常是在1m至2m之间自由下落完成。
155.这些符合欧洲统一(ce)型认证的坠落测试可以使材料的应变率达 到140s-1。由于十字头不能以比500mm/min快的速度移动，instrontm 框架上的测试受限于较低的速度。然而，如图11所示，测量的压缩载 荷的变化可以在材料应变率为8.3s-1、0.83s-1和0.083s-1之间看到，如 图11所示，所述材料应变率相当于机器速率为500mm/min，50mm/min 和5mm/min。
156.与ce型认证中发生的冲击速度和应变率(如图10所示的超过 140s-1的测试)相比，这些要低得多。然而，由于被测样品的厚度仅为 10mm，因此机器的速度发生变化，以产生应变率有两个量级的变化， 但是这是对于这些装置典型的应变率的较低端。
157.图12a示出了本发明实施例的横截面图。图12b示出了图12a的实 施例的横截面图。图12a至图12b的实施例可以是参考图8a至图8e和 图9a至图9d讨论的几何结构的任何变型。在图12a至图12b的实施例 中，第一层450包括两个或更多单元451，并且第二层460包括两个或 更多突出部461。第二层460中的两个或更多突出部461与第一层461 中的相应的两个或更多单元451互锁。在图12a至图12b中，为了清楚 起见，第二层460中的突出部461未被压入第一层450中的它们各自的 单元451中。
158.在图12a至图12b的实施例中，并非所述第二层460中的所有突出 部461由基部元件联接。在一些实施例中，第二层460中的每个突出部 461是能量吸收系统45中的单独部分。在其他实施例中，一行突出部 461或一组突出部461由基部元件(未示出)联接。当图12a至图12b 的实施例沿箭头方向折叠时，第二层460中的突出部461的基部466进 一步移动分开，并且当沿相反方向折叠时，第二层460的基部466之间 的任意间隙470闭合，直到没有间隙。在这些实施例中，所述系统45 可以在图12b中所示的箭头的方向上折叠，但是柔性在相反的方向上受 到限制。这样的构造对于背部保护器而言可能是有益的，其遵循在向前 弯曲时脊柱的弯曲，但限制相反方向上的弯曲。
159.图12a至图12b的实施例的柔韧性可以通过改变第二层460中的哪 些突出部461通过基部元件(未示出)联接从而来调节。其中第二层460 中的每个突出部461是单独部分的实施例提供最大程度的柔韧性，并且 在比其它实施例在更多的方向上提供灵活性。能量吸收系统45中的另 外的柔韧性允许更多的生物解剖学弯曲，因为第二层460中的突出部461 可以从身体部位弯曲出来。
160.在图12a至图12b的一些实施例中，第二层460中的突出部461比 第一层450中的单元451少。在一些实施例中，第二层460中的突出部 461的位置被调整为特定的冲击威胁。第二层460中的突出部461可被 添加到第一层450中的必需单元451。在一些实施例中，第二层460中 的突出部461的位置可由穿戴者调整。在第二层460中增加突出部461 改善了系统45的冲击性能，并且不添加任何硬质部件。
161.图12a至图12b的实施例可以控制任何特定身体部位的弯曲或过度 伸展，但是可以特别对脊柱、膝盖、肘部和颈部预设。这可以用在头盔 底部，将保护区域延伸到当前坚硬的外壳下方，以帮助防止颈部受伤。 特别是在硬球运动(如板球和棒球)的硬壳头盔中目前可达到的保护范 围之下添加一些保护，在头盔线以下发生撞球或头部撞击而受伤或死亡 的可能性的情况下。第二层460中的突出部461的硬度可以与第一层450 不同，以便将挠曲量调整到预定量。
162.在图12a至图12b的实施例中，第二层460中的突出部461联接或 模制到具有高压缩强度的薄材料(未示出)上。图12a至图12b的一些 实施例包括第一层450的表面456上的拉伸层(未示出)。这些实施例 中的任一个或这些实施例的组合将进一步防止沿与图12a至图12b的箭 头的相反的方向挠曲。
163.图9a至图9d和图12a至图12b的一些实施例包括拉伸层(未示出)。 在一些实施例中，第一层350(或450)包括拉伸层。在一些实施例中， 包含在第一层350(或450)中的拉伸层位于第一层350(或450)的表 面356(或456)上。在一些实施例中，所述拉伸层包含织物。在一些 实施例中，在第一层350(或450)在制造期间将所述织物放入模制工 具中，使得应变率敏感材料被迫穿过织物的编织。在其他实施例中，拉 伸层可以粘附到能量吸收系统35(或40或45)的任何其他表面。
164.根据图8a至图8e、图9a至图9d和图12a至图12b的实施例包括至 少第一层310(或350、或450)和第二层320(或360、或460)，其 中所述第一层和第二层包括多个片材。第一层310(或350、或450)的 多个片材中的每个片材包括通过基部元件315(或355、或455)结合的 两个或更多单元311(或351、或451)。在第二层320(或360、或460) 中的多个片材中的每个片材包括通过基部元件326(或366、或466)结 合的多个突出部321(或361、或461)。在第一层310(或350、或450) 中的第一片材中的单元311(或351、或451)与在第二层320(或360、 或460)中的第一片材中的第一突出部321(或361、或461)互锁，并 且第二层320(或360、或460)中的第一片材中的第二突起部321(或 361、或461)与在第一层310(或350、或450)中的第二片材中的单 元311(或351、或451)互锁。这种配置导致由多个片材组成的能量吸 收系统35(或40、或45)，产生模块化的能量吸收系统，所述系统可 以容易地为特定的实施而定制，而没有薄弱点或难点。此外，制造单元 311(或351、或451)或突出部321(或361、或461)的片材比制造多 个单个单元311(或351、或451)或突出部321(或361、或461)更 简单。
165.在图8a至图8e、图9a至9d和图12a至12b的一些实施例中，所述 系统为最大柔性或移动来定制。在其他实施例中，所述系统适于仅在特 定方向上弯曲。在其他实施例中，所述系统适于允许弯曲到预定的限制。 例如，所述系统可以包括多板背部保护器。
166.在图8a至图8e、图9a至9d和图12a至12b的一些实施例中，所述 系统中的第一层和第二层不是平面的。在一些实施例中，第一层310(或 350或450)和第二层接近球体320(或360或460)。这里的架构以一 个方向弯曲并折叠。其可以通过弯曲点来在相反的方向弯曲，
至图14d示出了布置成网格的层510、520中的单元511、521。在其他 实施例中，单元511、521以放射模式布置。在其他实施例中，单元511、 521处于任何其他模式。
175.在图14a至图14d的实施例中，所述第一层510和所述第二层520 以相反的方向取向，使得所述第一层510中的单元511朝向第二层520 突出，并且第二层520中的单元521朝向第一层510突出。层510、520 被压在一起，使得第一层510中的单元511与第二层520中的单元521 重叠。在根据图14a至图14c的实施例中，所示单元511、521之间的间 隙530比单元511、521小，使得当层510、520被压在一起时，在所述 第一层510的单元511接触所述第二层520中的单元521。根据上述本 发明的实施例，在冲击所述系统50时，彼此接触的单元511、521被迫 在一起，导致摩擦，其是额外的能量吸收机构。在一些实施例中，层510、 520被缝合在一起。在其他实施例中，层510、520被熔合在一起。
176.因为根据图14a至图14d的系统50中的单元511、521是各向异性 的，如图14c至图14d所示，所以能量吸收系统50在不同方向上具有不 同的横截面。这导致了对不同方向上(例如，与切力冲击相比的正常冲 击)的冲击具有不同的响应的系统50。
177.在图14a至图14d的实施例中，层510、520具有相对低的比重。在 一些实施例中，比重是0.1。实施例特别适用于轻量级运动保护，用于 整合在衣服和医疗冲击装置中。作为医疗冲击装置的示例；层510、520 在中心具有孔洞，所述孔洞没有单元511、521。所述孔洞位于医疗髋部 保护器上的股骨上方，使得所述系统50可以吸收股骨载荷。采用bsi8575 医用髋部保护器标准草案测试了这种具有厚度位11mm的系统50的配 置的原型。所述系统50获得1.63kn的股骨载荷。该标准的预计通行证 期望是1.9kn。替代技术达到1.9kn的标称厚度高于18mm。
178.在图14a至图14c的一些实施例中，基部元件515(或525)是拉伸 层(未示出)。在一些实施例中，只有一层510(或520)包含拉伸层。 在其他实施例中，系统50中的每个层510、520都包括拉伸层。在一些 实施例中，每个层510、520中的拉伸层是相同的，并且在其他实施例 中，每个层510、520中的拉伸层具有不同的性能。在一些实施例中， 所述拉伸层在织物中。在一些实施例中，织物在单元511(或521)底 部连接单元511(或521)。在一些实施例中，所述织物在制造期间， 经由打开和关闭工具形成为单元形状。这导致织物遵循单元的形状。在 其他实施例中，所述织物是平坦表面。
179.根据图8a至图8e、图9a至图9d、图12a至图12b、图13和图14a 至图14d的实施例是柔性且透气的。即使系统中的层被模制成平面，实 施例也可以形成在成形的表面上。实施例可以同时在多于一个方向上弯 曲，用典型的软质多孔材料可能是非常难以实现。
180.根据图8a至图8e、图9a至图9d和图12a至图12b的实施例包括用 于制造系统30(或35、或40、或45)的方法。在实施例中，所述制造 方法包括形成第一层、在第一层中形成一个或多个单元、每个单元具有 凹入几何结构、形成第二层并在第二层中形成一个或多个突出部；在这 样的实施例中，第一层和第二层中的至少一个包含应变率敏感材料。
181.在实施例中，所述形成包括以下中的一个或多个：模制、增材制造 等。在一些实施例中，所述形成包括注塑成型。
182.在一些实施例中，所述制造方法包括将第一层中的一个或多个单元 与第二层中的相应一个或多个突出部互锁。在其他实施例中，所述方法 包括使第一层中的一个或多个单元与第二层中的相应一个或多个突出 部邻接。
183.在根据图8a至图8e、图9a至图9d和图12a至图12b的实施例的方 法中，所述方法包括配置系统中的一个或多个特性以便提供对系统的冲 击的调谐响应。在一些实施例中，所述方法包括在至少两个不同的方向 上提供调谐挠曲。可以配置的系统的特性包括但不限于：第二层中的一 个或多个突出部的相对定位，在所述第一层中的一个或多个单元的相对 定位，在所述系统中的层的厚度，在所述系统中的材料的组分，在所述 第二层中的一个或多个突出部的尺寸，在所述第一层中的一个或多个单 元的尺寸，在所述层之间的邻接程度以及所述层之间的互锁。
184.本发明的实施例包括柔性能量吸收系统，所述系统包括主体，所述 主体包括：内部单元和外部单元，其中所示内部单元在所述外部单元内， 其中所述内部单元通过腹板保持在外部单元内，并且其中所述内部单元 和所述外部单元中的至少一个包括凹入几何结构，其中所述主体包含应 变率敏感材料，并且其中所述内部单元和所述外部单元在相同方向上取 向。在一些实施例中，外部单元的至少一个壁沿着主体的中心轴的方向 具有高度，该高度大于沿着主体的中心轴的方向的内部单元的高度。
185.图15a示出了根据本发明实施例的主体的等距视图。图15b示出了 图15a的主体的正视图。图15c示出了图15a的主体的侧视图。图15d 示出了图15b的截面a-a的横截面图。在图15a至图15d的实施例中， 主体55包括应变率敏感材料。主体55具有凹入几何结构。在一些实施 例中，凹入几何结构中的至少一些结构平行于主体55的中心轴56的方 向。
186.图15a至图15d的实施例包括在外部单元560内的内部单元550。 在一些实施例中，所示内部单元550和所示外部单元560中的一个单元 在平行于主体55的中心轴的方向上具有凹入几何结构。在其他实施例 中，内部单元550和外部单元560在平行于主体55的中心轴的方向上 具有凹入几何结构。在实施例中，内部单元500和外部单元560包括应 变率敏感材料。
187.在图15a至图15d的一些实施例中，内部单元550具有基本上类似 于参考图8a至图8e所述的单元311的凹入几何结构；在这样的实施例 中，凹入几何结构由沟和洼之一形成，并且每个沟或洼的壁朝向彼此向 内成角度以形成凹角。在一些实施例中，内部单元550包括内壁551、 顶壁552和外壁553。所述内壁551、顶壁552和外壁553形成凹入通 道555，所述凹入通道555围绕所述内壁550的周长延伸。其他实施例 包括内部单元550，内部单元550包括如本文所述的本发明的任何其他 实施例所描述的凹入几何结构。
188.图15a至图15d的实施例包括外部单元560，外部单元560包括内 壁561、顶壁562和外壁563。所述内壁561、顶壁562和外壁563形成 围绕外部单元560的周长延伸的凹入通道565。在一些实施例中，外部 单元560包括环形。
189.在实施例中，内部单元550和外部单元560在相同方向上取向。也 就是说，顶壁552、562处于与主体的中心轴56垂直的相同取向，其中 相应的内壁551、561和外壁553、563从基本平行于彼此且在基本相同 的方向上的顶壁552、562延伸。
190.在一些实施例中，外部单元560的至少一个壁561、563具有沿着主 体55的中心轴56的方向的高度，该高度大于沿着所述主体的中心轴56 的方向的内部单元550的高度。
191.在图15a至图15d的一些实施例中，内部单元550和外部单元560 是圆形的。在一些实施例中，内部单元550和外部单元560是各向异性 的并且包括主轴和较小的次轴(未示出)，其中所述主轴和所述次轴垂 直于主体55的中心轴56。在一些实施例中，内部单元550
和外部单元 560是椭圆形的。在一些实施例中，内部单元550和外部单元560是任 何其他形状，例如多边形。在一些实施例中，内部单元550具有形状并 且外部单元560具有不同的形状。
192.在图15a至图15d的实施例中，内部单元550通过腹板570保持在 外部单元560内。在一些实施例中，腹板570保持内部单元550使得它 与外部单元560同轴。在其他实施例中，内部单元550保持在外部单元 560内的不同位置处。
193.在图15a至图15d的一些实施例中，腹板570包括填充在内部单元550与外部单元560之间的区域的固体材料。在一些实施例中，腹板570 包括在内部单元550和外部单元560之间延伸的一个或多个肋。在一些 实施例中，一个或多个肋571是线性的。在一些实施例中，肋571径向 向外延伸。在一些实施例中，如图15a至图15b所示，一个或多个肋571 包括一个或多个径向叶片572。在一些实施例中，一个或多个肋571均 匀地间隔开。在其他实施例中，一个或多个肋571被定位成调节主体55 对主体55的冲击的响应。在一些实施例中，主体55被制造为单个部件， 使得腹板570，内部单元550和外部单元560由相同的材料和相同的制 造工艺形成。
194.在图15a至图15d的一些实施例中，内部单元550包括凹入凹部554， 凹入凹部554从内部单元550的一侧，沿着主体55的所述中心轴56延 伸。在一些实施例中，所述内部单元包括突出部580。在一些实施例中， 突出部580从内部单元550的相对侧延伸到凹入凹部554。在一些实施 例中，突出部580包括具有第一直径的第一部分581，以及具有第二直 径的第二部分582，第二直径大于第一部分581的直径。第二部分582 比第一部分581更远离内部单元550。在一些实施例中，第一主体55的 突出部580配置为适合于第二主体55的凹入凹部554，使得两个主体 55可旋转地连接。突出部580的第二部分582具有比凹入凹部554的开 口555更大的直径，使得当第一主体55的突出部580被推入所述第二 主体55的凹入凹部554时，两个主体55互锁。这是一种半永久性连接 点，并且在一些实施例中，所述第一主体和第二主体55可以用手拉开。 在其他实施例中，多于两个的主体55可以以这种方式分层。
195.在图15a至图15d的一些实施例中，突出部580将主体55可旋转地 连接到表面(未示出)，所述表面包括具有比突出部580的第二部分582 更小直径的孔。突出部580被推入所述表面中的孔，使得第二部分582 防止主体55移动远离所述表面。在一些实施例中，所述表面包括头盔 的内表面。在其他实施例中，突出部580不是圆形的。在这样的实施例 中，突出部580防止主体围绕所述突出部自由转动。
196.在根据图15a至图15d的一些实施例中，突出部580制造为与主体 60分开的部分。在这些实施例中，突出部580包括第三部分(未示出)， 所述第三部分在与第二部分582相对的所述第一部分的一端处，且直径 大于第一部分581。在这些实施例中，内部单元550的凹入凹部554包 括位于凹入凹部554相对于所述第一开口555的一端处的第二开口(未 示出)。突出部580的所述第三部分被迫进入凹入凹部554的所述第二 开口，使得其可移除且可旋转地连接到主体60。
197.根据图15a至图15d的实施例允许在对主体55倾斜冲击时，进行受 控量的旋转运动。例如，当一个或多个主体55连接到头盔的内表面时， 所述主体有助于保护所述头盔的佩戴者，抵抗头盔受到的高度旋转负 荷。
198.现有的头盔包括硬壳和eps核心。该核心将遵循图7a的应力-应变 曲线。因此，所
述头盔在大的冲击下表现良好，例如超过250g的冲击， 但是如果冲击引起的应力不足够高以使eps开始压碎并且因此应力-应 变曲线达到“平稳区域”，将提供较低的保护。对具有标准eps构造的 现有头盔进行测试，并在所述头盔的内表面上，将其与包括根据图15a 至图15d的具有4mm厚度的主体55的相同头盔进行比较，并且在所述 头盔的内表面上，将其与包括根据图8a至图8e的具有4mm厚度的层 310的相同头盔进行比较。主体55和层310位于头盔的冠部区域，用于 它们各自的测试。测试了100mm、150mm和200mm的下降高度。
199.图16示出了在其内表面上的包括4mm厚的层310或主体55的头盔 能够将在单独的头盔中记录的峰值加速度g减少约50％。改进的性能归 因于在本说明书前面提到的其他方面中的应变率敏感材料和凹入几何 结构。层310和主体55没有被损坏，并且可以用于多次冲击。
200.本发明的实施例包括一种柔性能量吸收系统，所述系统包括主体， 所述主体包括：内部单元和外部单元，其中所述内部单元在所述外部单 元内，其中所述内部单元通过腹板保持在所述外部单元内，其中所述内 部单元和所述外部单元中的至少一个包括凹入几何结构，并且其中所述 主体包括应变率敏感材料，其中所述内部单元包括在所述内部单元的开 口处的悬突部，其中所述外部单元在所述外部单元的开口处的悬突部， 并且其中所述外部单元的悬突部与所述内部单元的悬突部不同。在一些 实施例中，所述外部单元的悬突部大于所述内部单元的悬突部。在其他 实施例中，所述内部单元的悬突部大于外部单元的悬突部。
201.图17a示出了根据本发明实施例的主体的等距视图。图17b示出了 图17a的主体的正视图。图17c示出了图17b的截面a-a的横截面图。 在图17a至图17c的实施例中，主体60包括应变率敏感材料。主体60 具有凹入的几何结构。在一些实施例中，至少一些凹入几何结构平行于 主体60的中心轴61的方向。
202.图17a至图17c的实施例包括在外部单元610内的内部单元600。 在一些实施例中，内部单元600和外部单元610中的一个单元在平行于 主体60的中心轴的方向上具有凹入几何结构。在其他实施例中，内部 单元600和外部单元610在平行于主体60的中心轴的方向上具有凹入 几何结构。在一些实施例中，内部单元600和外部单元610包括应变率 敏感材料。
203.在图17a至图17c的一些实施例中，内部单元600和外部单元610 是圆形的。在一些实施例中，内部单元600和外部单元610是任何其他 形状，例如多边形。如图18a至图18d所示，在一些实施例中，内部单 元600和外部单元610是各向异性的并且包括长轴和较小的短轴。在根 据图18a至图18d的实施例中，长轴67和短轴68垂直于主体65的中心 轴66。在一些实施例中，所述内部单元650和所述外部单元660是椭圆 形的。在图17a至图17c和图18a至图18d的一些实施例中，内部单元 600(或650)具有第一形状并且外部单元610(或660)具有第二、不 同的形状。
204.在图17a至图17c和图18a至图18d的一些实施例中，内部单元600 (或650)具有基本上类似于参考图8a至图8e所述的单元311的凹入 几何结构；在这样的实施例中，所述凹入几何结构由沟和洼之一形成， 并且每个沟或洼的壁朝向彼此向内成角度以形成凹角。其他实施例包括 内部单元600(或650)，该内部单元包括如本文所述的本发明的任何 其它实施例所描述的凹入几何结构。在一些实施例中，内部单元600(或 650)包括具有开口606(或656)的凹入凹部605(或655)。在一些 实施例中，所述凹入凹部605(或655)穿过内部单元
600(或650)延 伸到第二开口607(或657)。
205.在一些实施例中，外部单元610(或660)具有与参考图8a至图8e 描述的单元311基本相似的凹入几何结构。在一些实施例中，外部单元 610(或660)包括环形。
206.在图17a至图17c和图18a至图18d的实施例中，外部单元610(或 660)具有在外部单元610(或660)的开口处的悬突部611(或661)， 并且内部单元600(或650)具有在内部单元600(或650)的开口处的 悬突部601(或651)。所述外部单元的悬突部与所述内部单元的悬突 部不同。在一些实施例中，外部单元610(或660)的悬突部611(或 661)比内部单元600(或650)的悬突部611(或661)更大。在其他 实施例中，内部单元600(或650)的悬突部611(或661)比外部单元 610(或660)的悬突部611(或661)更大。较大的悬突部相较较小的 悬突部提供改进的旋转和剪切性能。在图17a至图17c和图18a至图18d 的一些实施例中，外部单元610(或660)的壁612(或662)的厚度围 绕外部单元610(或660)的周长而变化。这允许进一步调整主体60(或 65)对冲击的响应。例如，主体60(或65)的几何结构取决于其在头 盔内表面上的位置，使得对矢状平面中的剪切冲击的响应不同于对冠状 平面中的剪切冲击的响应。头盔可以在其内表面上包括多个主体60(或 65)。
207.在图17a至图17c和图18a至图18d的实施例中，内部单元600(或 650)通过腹板620(或670)保持在外部单元610(或660)内。在一 些实施例中，腹板620(或670)保持内部单元600(或650)，使得它 与外部单元610(或660)同轴。在其他实施例中，内部单元600(或 650)保持在外部单元610(或660)内的不同位置处。
208.在图17a至图17c和图18a至图18d的一些实施例中，腹板620(或 670)是填充在内部单元600(或650)和外部单元610(或660)之间 的区域的固体材料。在一些实施例中，腹板620(或670)包括在内部 单元600(或650)与外部单元610(660)之间延伸的一个或多个肋621 (或671)。在一些实施例中，一个或多个肋621(或671)在腹板620 (或670)中限定一个或多个孔622(或672)。在腹板620(或670) 中设置由肋621(或671)限定的一个或多个孔622(或672)，减少了 主体60(或65)的总重量。在一些实施例中，由一个或多个孔622(或 672)形成的至少一个表面623(或673)包括凹入几何结构。具有凹入 几何结构的孔622(或672)通过前述关于凹入几何结构的机构改善了 主体60(或65)的能量吸收系统特性。在一些实施例中，主体60(或 65)制造为单个部件，使得腹板620(或670)、内部单元600(或650) 和外部单元610(或660)由相同的材料形成并且在相同制造过程中形 成。
209.在图15a至图15d、图17a至图17c和图18a至图18d的一些实施例 中，腹板570(或620、或670)包括拉伸材料(未示出)。在一些实施 例中，腹板570(或620、或670)包括应变率敏感材料。在一些实施例 中，腹板570(或620、或670)包括织物。在一些实施方案中，所述织 物包含开放式编织织物；在这样的实施例中，形成主体55(或60、或 65)的材料在模制过程中被迫穿过织物的开放式编织，使得织物与主体 55(或60、或65)一体成型。在一些实施例中，所述织物配置成附接 到钩环系统。这允许主体55(或60、或65)可移除地附接到表面，所 述表面也配置为附接到钩环系统。在其他实施例中，所述织物粘附到表 面。
210.图19a示出了根据本发明的实施例的等距视图。图19b示出了图19a 的实施例的正视图。图19c示出了图19a的实施例的侧视图。图19d示 出了图19b的截面a-a的横截面图。根据图19a至图19d的实施例的能 量吸收系统70包括根据参照图17a至图17c和图18a至图18d描述的实 施例的两个主体75、80。第一主体75的内部单元750和外部单元760 小于第二主
体80的相应内部单元800和外部单元810。
211.在图19a至图19d的实施例中，第一主体75的内部单元750配置为 沿着主体75、80的中心轴71与第二主体80互锁。在图19a至图19d 的实施例中，第二主体80的外部单元810足够大以围绕第一主体75的 所述外部单元760。在一些实施例中，第二主体80的所述内部单元800 包括具有开口802的凹入凹部801。在实施例中，开口802具有比第一 主体75的内部单元750的最宽直径更小的直径。在一些实施例中，第 一主体75的内部单元750包括具有开口752的凹入凹部751。在一些实 施例中，第一主体75的所述内部单元750与第二主体80的所述内部单 元800互锁。在一些实施例中，第一主体75的所述内部单元750被迫 穿过开口802进入到第二主体80的所述内部单元800的所述凹入凹部 801。在一些实施例中，当互锁时，第一主体75和第二主体80处于相 反的取向。
212.根据图19a至图19d的实施例提供了多个凹入几何结构，使得系统 70中的主体75、80在冲击时，自身折叠并彼此折叠。因此，与单独的 主体55(或60、或65)相比，在冲击部位处，留下更大比例的物质以 吸收能量。
213.根据图15a至图15d、图17a至图17c和图18a至图18d的本发明的 实施例包括多个主体55(或60、或65)。多个主体55(或60、或65) 限定主体层。主体层中的每个主体55(或60、或65)连接到基部元件 (未示出)。在一些实施例中，主体55(或60、或65)中的至少一个 可移除地连接到基部元件。在一些实施例中，主体55(或60、或65) 中的至少一个可旋转地连接到基部元件。在一些实施例中，所述基部元 件包括主体55(或60、或65)中的至少一个的腹板570(或620、或 670)。在一些实施例中，主体层中的主体55(或60、或65)中的至少 一个可以由包括两个主体75、80的系统70代替。在一些实施例中，所 述基部元件是拉伸层。在一些实施例中，所述基部元件包括应变率敏感 材料。在一些实施例中，所述基部元件是织物。在一些实施例中，主体 层和基部元件制造为单个部件。
214.根据图15a至图15d、图17a至图17c、图18a至图18d和图19a至 图19d的实施例包括用于制造柔性能量吸收系统的方法。在实施例中， 所述方法包括形成主体，其中形成主体包括形成内部单元、形成外部单 元，其中内部单元和外部单元中的至少一个与凹入几何结构一起形成， 并且形成腹板以将内部单元保持在外部单元内。所述方法进一步包括在 所述内部单元的开口处在内部单元内形成悬突部，并且在所述外部单元 的开口处在外部单元内形成不同的悬突部，其中所述主体包括应变率敏 感材料。在一些实施例中，形成内部单元、形成外部单元和形成腹板中 的至少一个包括模制。在一些实施例中，所述模制件包括注塑成型。在 一些实施例中，形成内部单元、形成外部单元和形成腹板中的至少一个 包括增材制造(例如3d打印)。
215.在一些实施例中，用于制造根据图15a至图15d、图17a至图17c、 图18a至图18d和图19a至图19d的实施例的方法包括将内部单元、外 部单元和腹板形成为单个部件。在一些实施例中，所述方法包括形成多 个主体、形成基部元件并且将多个主体中的每个主体连接到基部元件。 在一些实施例中，多个主体和基部元件形成为单个部件。
216.本发明的实施例包括柔性能量吸收系统，所述系统包括一个或多个 单元片材，其中所述片材中的至少一个单元包括凹入几何结构，其中所 述至少一个单元包含各向异性几何结构，并且其中所述片材包含弹性体 材料。
217.图20a示出了根据本发明的实施例的等距视图。图20b示出了图20a 的实施例的正
视图。图20c示出了图20b的截面a-a的横截面图。图 20d示出了图20b的截面b-b的横截面图。根据图20a至图20d的实施 例的能量吸收系统85包括一个或多个凹入和各向异性的单元850。在一 些实施例中，一个或多个单元850中的至少一个单元包括各向异性的几 何结构，其中，单元或每个单元850包括长轴和较小的短轴(未示出)。 所述长轴和短轴垂直于单元850或每个单元850的相应中心轴86。在一 些实施例中，一个或多个单元850中的至少一个包括各向异性几何结构， 其中单元850或每个单元850包括具有不均匀厚度的壁851。
218.在一些实施例中，所述系统85包括多个单元850。在一些实施例中， 系统85中的每个单元850是凹入和各向异性的。
219.在一些实施例中，一个或多个单元850中的至少一个包括弹性体材 料。在一些实施例中，一个或多个单元850中的至少一个单元包括阻尼 材料。在一些实施例中，一个或多个单元850中的至少一个单元包括应 变率敏感材料。
220.在根据图20a至图20d的实施例中，单元850或每个单元850包括 围绕相应单元850的周长延伸的壁851。所述壁851包括位于相应单元 850的开口853处的悬突部852。单元850或每个单元850包括在所述 壁851的与开口853相对的端处的单元基部854。
221.在一些实施例中，一个或多个单元850由基部860联接。在一些实 施例中，所述基部860包括弹性体材料。在一些实施例中，所述基部860 包括阻尼材料。在一些实施例中，所述基部860包含聚合物，例如聚丙 烯。在一些实施例中，所述基部860包括应变率敏感材料。在一些实施 例中，所述基部860包括织物。在一些实施例中，所述基部860由与一 个或多个单元850中的至少一个相同的材料构成。在一些实施例中，一 个或多个单元850与基部860是一体成型。
222.在一些实施例中，附加层(未示出)粘附到基部860的后表面861 上。在一些实施例中，附加层是粘合剂层，并且用于将能量吸收系统85 粘附到表面。例如，所述系统85可以粘附到头盔的内表面。一个或多 个单元850沿着中心轴86的方向具有低高度，这在系统85放置在头盔 或其他保护性物品的内表面上时增加了舒适性。
223.单元850的各向异性几何结构增加了系统85从不同方向吸收对系统 85的冲击的性能，特别是剪切冲击。
224.目前没有摩托车头盔测试标准测量冲击中的旋转加速度，并且因此 没有可用于进行这些类型测试的“现成”测试设备。因此，采用定制的 试验台来将根据本发明的实施例的能量吸收性能与没有任何根据本发 明的插入件的头盔进行比较。
225.所述试验装置采用5米坠落测试台，以便能够复制可能包含或可能 不包含在新测试标准中的许多试验装置。所述装置使用50khz的16通 道数据记录器来捕捉头部的加速度，撞击器上的负载以及hybrid iii(碰 撞测试假人)颈部的负载和力矩。此外，幻影高速摄像机已经以每秒5,000 帧的速度记录视频中的每个测试，以便进行参考和后期处理的分析。典 型的3,2,2,2加速度计阵列被用来测量头部模型运动。已经对头盔测试台 进行了150多项测试，并且其中大部分测试都是在高速摄像机上捕捉的， 以验证结果。
226.在本专利申请中，已经测量了具有和不具有先进系统的头盔在2m/s， 4.3m/s，6.2m/s和7.5m/s的冲击下的线性加速度。在这些速度下使用本 发明实施例的测试对象的线性加速度的降低分别高达37％、35％、43％ 和22％。如下所述，使用具有本发明实施例的标准头盔进行测试所获得 的结果已经示出头盔性能的显着改善。
227.图21示出了与垂直方向成30度的斜前方冲击时测量的线性加速度 的结果。测试了eps摩托车头盔，并将其用作参考，其结果在图21中 以虚线示出。然后再次测试相同的头盔，所述头盔具有根据本文参考图 19a至图19d所描述的实施例的插入件，其结果在图21中以实线示出。 图21示出了引入了根据本发明的能量吸收系统导致超过12g的峰值线 性加速度的降低。而且，通过引入本发明的能量吸收系统，冲击的余震 也减弱了。
228.也测量了具有和不具有本文所述的参照图19a至图19d的实施例的 相同摩托车头盔在倾斜冲击下的旋转加速度。测试在4.3m/s和6.2m/s 的条件下进行。在2m/s的低速下产生倾斜冲击实际上是很困难，所以测 试制度被改变以包括更高的速度。在这些速度的测试中，旋转加速度的 降低分别高达40％、46％。图22示出了与垂直方向成30度的斜前方冲 击的旋转加速度的测量结果。再次，测试eps摩托车头盔，并将其用作 参考，其结果在图22中以虚线示出。然后，再次测试相同的头盔，所 述头盔具有根据本文参照图19a至图19d描述的实施例的插入件，其结 果在图22中以实线示出。图22示出峰值旋转加速度减少了超过 1,500rad/s2。
229.如图23中实线所示，还测量了包括通常用于冰球的泡沫衬垫(vnr) 的头盔的旋转加速度。然后，根据在本文参考图20a至图20d描述的本 发明的实施例，配有插入件的相同的头盔在图23中以虚线示出。图23 示出了本发明的实施例即使在被设计用于多次冲击的头盔中也减少了 旋转加速度，并且传统上不使用eps。旋转加速度的降低超过 2,200rad/s2。
230.在进一步的测试中，山地自行车头盔在30度斜前方冲击下进行测 试，如图24中的较短虚线所示。第二相同的头盔配备了多向碰撞保护 系统(mipstm)，在图24中以较长虚线示出。第三头盔配备有参照图 19a至图19b的如本文所述的根据本发明实施例的八个能量吸收系统， 在图24中以实线示出。图24示出了包括根据本发明的实施例的头盔的 峰值旋转加速度最低。与标准头盔相比，峰值旋转加速度减少了1,500rad/s2以上。与具有mipstm的头盔相比，峰值旋转加速度降低了 1,000rad/s2以上。
231.如zhang,liying,king h.yang和albert i.king发表在生物力学工程杂 志的总第126卷中的2004年第2卷的第226页至第236页的研究论文
ꢀ“
轻度创伤性脑损伤的建议伤害阈值”所建议的，图25a至图25b示出 了对于山地车伤害(mtbi)的建议伤害阈值。使用图25a至图25b中所 示的建议伤害阈值，可以将线性加速度和旋转加速度降低的影响与生存 性和脑损伤风险联系起来。描述图25a至图25b中mtbi风险的曲线示 出了与旋转加速度的非线性关系。对于与线性加速度的关系也可以这么 说。对于6.2m/s的倾斜冲击，采用本发明实施例的衬垫示出了旋转加速 度从7300rad/s2减少到3900rad/s2。这意味着到达mtbi的可能性从接 近80％下降到低于25％的减少；减少近70％。在相同的速度下，线性 加速度减少了43％。这些结果清楚地示出了本发明的实施例根据独立研 究论文中定义的伤害阈值降低承受mtbi的可能性的潜能。
232.根据图15a至图20d的实施例允许智能方法来优化能量吸收系统中 的几何结构，使得对于来自不同方向的冲击的响应不同。
233.图26a示出了根据本发明实施例的柔性能量吸收系统90的俯视图。 系统90包括在平面91上的多个单元900。系统90的单元900包括应变 率敏感材料。如图26a所示，系统90可以采用平面形式来配置，并且如 图26b所示，可以采用非球面形式来配置。图26b示出了当
采用非球面 形式来配置时，系统90的侧视图。当系统90采用非球面形式来配置时， 单元900包括凹入几何结构。在一些实施例中，系统90可以配置为其 他形式，例如弯曲形式。
234.在根据图26a至图26b的一些实施例中，当系统90采用非球面形式 来配置时，单元900包括在非球面形式的非径向方向上的凹入几何结构。 在根据图26a的一些实施例中，当系统90采用平面形式来配置时，单元 900包括沿着平面91的凹入几何结构，例如沿着图26a的线905。
235.图27a至图27c分别示出了系统90的单元900的等距视图、俯视图 和侧视图。在一些实施例中，当系统90采用平面形式来配置时，单元 900的壁901垂直于平面91垂直设置。在一些实施例中，所述壁901具 有如图27c所示的渐缩几何结构，其中所述壁901的宽度在单元900的 顶部处小于在单元900的底部处。在一些实施例中，当系统90采用平 面形式来配置时，至少一个壁901具有在垂直于平面的方向上的凹入几 何结构。在一些实施例中，在垂直于平面的方向上的凹入几何结构包括 多个沟或洼(例如参见图8d)。在一些实施例中，垂直于平面91的方 向上的凹入几何结构包括锥形圆柱、锥形矩形棱柱、锥形多边形棱柱(例 如参见图1)、以及锥形各向异性的几何结构(参见图3a)中的一个或 多个。
236.在该实施例中，多个单元900中的每个单元的壁901包括沿着平面 91的一个或多个沟或洼。在一些实施例中，每个沟或洼向内成角度以沿 着平面91形成凹角。
237.在一些实施例中，一个或多个单元900是各向异性的，导致系统90 对不同方向的冲击具有不同的响应。与非球面形式相比，当系统90采 用平面形式时，单元900还可以对不同方向的冲击提供不同的响应。
238.图28a示出了柔性能量吸收系统92的俯视图。系统92包括在平面 93上的多个单元920。系统92可以以与系统90类似的方式配置，并且 可以包括参照系统90所述的任何特征。在该实施例中，如图28b至图 28c所示，所述单元920与系统90中的所示单元900具有不同的形状。 每个单元920包括沿着所示平面93的多个沟或洼，所述沟或洼沿着平 面93处于多个不同的方向上。所述单元920的几何结构可以提供比所 述系统更柔性的系统92，这可以允许系统在非球面时，比系统90在更 紧的半径上弯曲。
239.图29a示出了柔性能量吸收系统94的俯视图。所述能量系统94可 以以与系统90和92类似的方式配置，并且可以包括参照系统90描述 的任何特征。系统94包括多个单元940，单元940具有分别类似于系统 90和92的单元900和920的凹入特征。在该实施例中，单元940基本 上是三角形的，但是在其他实施例中，单元940可以具有沿着平面95 的凹入的任何其他几何结构。在该实施例中，单元940包括位于单元940 的顶点处的增厚的壁941。所述增厚的壁941包括开口942，当所述系 统采用所述平面形式时，所述开口942具有垂直于所述平面95的方向 的凹入几何结构。当系统94采用所述非球面形式时，所述凹入几何结 构在径向方向，当系统94采用所述平面形式时，所述凹入几何结构在 垂直于所述平面95的方向。在该实施例中，在垂直于所述平面95的方 向上的所述凹入几何结构具有类似于参见图8d和图9b所述的几何结 构。在其他实施例中，所述开口942可以是具有垂直于所述平面95的 凹入几何结构的任何其他形状。在其他实施例中，所述加厚壁941可以 位于系统94中的任何其他位置处。
240.图30a示出了柔性能量吸收系统96的俯视图。所述能量系统96可 以以与系统90、92和94类似的方式配置。图30b示出了采用非球面形 式来配置的系统96。如图30c和30d所
示，所述系统96包括多个单元 960，所述多个单元960包括包含有第一几何结构961的单元和包含有 第二不同几何结构962的单元。
241.在该实施例中，包含第一几何结构961的单元与以上参考图3a至图 3e所描述的单元相同，并且在采用平面形式时所述单元具有在与系统96 的平面97垂直的方向上的凹入几何结构。在其他实施例中，所述单元 961可以具有垂直于平面97的任何其他凹入几何结构。在该实施例中， 当所述单元采用平面形式时，包含第二几何结构962的单元包括在沿着 系统96的平面97的方向上的凹入几何结构。在其他实施例中，所述单 元962可以具有沿平面97的任何其他凹入几何结构。
242.在该实施例中，包含第二几何结构962的单元散置在包括第一几何 结构961的单元之间。在其他实施例中，所述单元960可以沿着该平面 以任何其他方式布置。这提供了对不同方向的冲击具有各向异性响应的 系统96。在一些实施例中，平面中的单元960的布局影响系统96中的 弯曲量并因此影响系统96可实现的非球面半径。在该实施例中，包含 第二几何结构962的单元与包含第一几何结构961的单元相比具有不同 的弯曲响应，以便于促进将系统96从平面形式配置成非球面形式。
243.相应的系统90、92、94、96的多个单元900、920、940、960的凹 入几何结构可以是根据以上关于图1至图6、图9至图8、图14所描述 的那些中的任何一个凹入几何结构，或它们中的两个或多个凹入几何结 构的组合。
244.在一些实施例中，系统90、92、94和96在平面91、93、95、97 上制造，并且可在制造之后配置成非球面形式。这允许节约成本和简单 的制造，同时创建三维系统90、92、94、96，所述三维系统90、92、 94、96沿着平面91、93、95、97以及在平面91、93、95、97之外沿不 同方向凹入。另外，特定几何结构的平面系统90、92、94、96可具有 多个应用。例如，系统90、92、94、96可以用于制造不同的非球面系 统，例如具有不同的表面轮廓。在一些实施例中，相应系统90、92、94、 96的多个单元900、920、940、960彼此互连。例如，图27a示出了将 多个单元900中的第一单元链接到第二单元的壁902。在一些实施例中， 相应系统90、92、94、96的单元900、920、940、960通过基部元件(未 示出)连接在一起以将多个单元900、920、940、960连接到平面。在 一些实施例中，所述基部元件与多个单元900、920、940、960一体成 型。在一些实施例中，基部元件包括应变率敏感材料。在一些实施例中， 基部元件包括拉伸层，例如织物。
245.在一些实施例中，系统90、92、94、96包括用于促进将系统从平面 形式配置成非球面形式的挠曲机构。在一些实施例中，所述挠曲机构包 括单元的空缺，这增加了系统90、92、94、96在空缺单元的区域处的 挠曲。在图30b中的系统96的区域963中示出了单元的空缺的示例。 在一些实施例中，挠曲机构包括单元900、920、940、960的取向。例 如，如图30a所示，当系统96采用平面形式来配置时，多个单元960 中的至少子集根据第一曲率967设置。在第一曲率的单元960的配置促 进所述系统的弯曲成图30b所示非球面形式。可以基于所期望的非球面 形式来选择曲线的半径，使得当所述系统96采用非球面形式来配置时， 所述单元960处于预定的方位。可选地或附加地，当所述系统采用非球 面形式来配置时，多个单元900、920、940、960中的至少一个子集根 据第二曲率968设置。在这些实施例中的一些中，所述第一曲率967处 于与第二曲率968不同的方位。
246.在一些实施例中，所述挠曲机构包括狭缝，如图26b中所示的狭缝 904和图30a中
所示的狭缝964。在一些实施例中，所述挠曲机构包括织 物部分。在一个实施例中，所述织物部分与系统90、92、94、96是一 体成型。在一些实施例中，所述挠曲机构包括基部元件的至少一部分。 在一些实施例中，所述挠曲机构包括基部元件中的一个或多个狭缝。
247.在一些实施例中，系统90、92、94、96包括单元的至少两个互连部 分。例如，图30a所示的第一部分965和第二部分966。在一些实施例 中，第一部分965具有第一形状并且第二部分966具有第二不同形状。
248.实施例包括柔性能量吸收系统，所述系统包括多个单元。在实施例 中，所述单元包括应变率敏感材料。在实施例中，所述系统可以采用平 面形式和非平面形式来配置；在一些这种的实施例中，当采用非平面形 式来配置时，所述单元包括凹入几何结构。所述非平面形式可以包括非 球面形式或不是非球面(或平面)的任何其他形式。
249.图31a示出了根据本发明实施例的柔性能量吸收系统98的等距视 图。图31b示出了系统98的正视图。所述系统98包括具有沿着第一轴 981的恒定横截面和沿着第二轴982的凹入几何结构的单元990。所述 单元990包括应变率敏感材料。在该实施例中，所述系统98包括共同 标记为980的三个单元990、991、992，其具有沿着第一轴981的恒定 横截面和沿着第二轴982的凹入几何结构。在一些实施例中，所述系统 98包括一个或多个附加的单元992、992。在一些实施例中，一个或多 个另外的单元991、992各自具有与单元990相同的几何结构和取向。 在其他实施例中，一个或多个单元80的子集具有与一个或多个单元980 的另一不同子集不同的几何结构。
250.在一些实施例中，所述第二轴982基本垂直于第一轴981。在一些 实施例中，一个或多个单元980包括挤出部。
251.在一些实施例中，一个或多个单元980包括至少一个壁983，所述 至少一个壁983由至少一个沟或洼984形成，所述至少一个沟或洼984 向内成角度，以形成凹角。在一些示例中，一个或多个单元980的横截 面包括凹入拱顶结构985。
252.在一些实施例中，所述系统98包括将单元990连接到至少一个另外 的单元991的基部元件986。基部元件可以如参照本文所述的任何其他 基部元件所描述的那样。
253.本发明的实施例提供了防护服，所述防护服包括根据本文所述的任 何示例的柔性能量吸收系统。
254.在一些实施例中，本文所述的系统的组合用在同一件防护服中。所 述防护服可以是例如背部保护器、头带、护膝、肘垫、手套或头盔。所 述防护服可以例如用于在运动、工业和/或军事活动期间保护用户。
255.在一些实施例中，根据本发明的系统用于制造非平面的，符合人体 工程学的能量吸收防护服。在一些实施例中，所述系统的厚度基于防护 服的类型和防护服的预期用途来选择。在一些实施例中，系统90、92、 94、96的第一部分965和第二部分966的形状在防护服的特定部分周围 被优化，使得单元900、920、940、960的几何结构被映射到2d或3d， 以便它们跟随防护服的曲率。在一些实施例中，选择在所述第一部分965 和第二部分966中使用的单元900、920、940、960的几何结构，以优 化防护服中不同位置处的能量吸收。
256.本发明的实施例提供了一种头盔，所述头盔包括根据本文所述的任 何实施例的柔性能量吸收系统。在一些实施例中，本文所述的系统的组 合用于相同的头盔中。例如，一个系统可能更适合吸收头盔前部的能量， 而另一个系统可能更适合头盔后部。在一些实施
例中，基于头盔的预期 用途和使用中的预期冲击类型来选择系统。一些运动的头盔需要承受多 次相对较小的冲击，而其他头盔则需要承受单次相对较大的冲击。例如， 与用于下坡滑雪的硬壳头盔相比，用在橄榄球的软壳头盔可以使用不同 的系统。
257.在其他实施例中，所述系统可以基于头盔的形状来选择。例如，所 述系统98可以特别适用于公路自行车头盔，其中所述系统98沿着长度 被分段以适应公路自行车头盔的较薄的内边缘，该公路自行车头盔目前 具有与头部接触的非常薄的eps部分。作为另一示例，所述系统98可 以被冲切、穿孔或冲压并放置在头盔中以在不同方向上提供完全各向异 性的性能特征。
258.在一些实施例中，系统90、92、94、96可配置到的非球面形状，所 述非球面形状是头盔内衬的形状，并且系统90、92、94、96采用其非 球面形式放置并固定在头盔的外壳中的适当位置。在一些实施例中，所 述第一部分965和所述第二部分966的形状在特定部分周围被优化，使 得单元900、920、940、960的几何结构被映射为2d或3d，使得它们 遵循头盔的曲率。在一些实施例中，选择在第一部分965和第二部分966 中使用的单元900、920、940、960的几何结构以优化头盔中不同位置 处的能量吸收。在一些实施例中，所述第一部分965的形状取决于头盔 的第一参数，并且所述第二部分966的形状取决于头盔的第二参数。例 如，参数可以是头盔的半径、头盔的曲率或头盔中特定位置处的材料。
259.在一些实施例中，系统90、92、94、96被用在双层头盔中的两层 eps之间。在一些实施例中，系统90、92、94、96被使用在eps和外 壳之间。
260.在一些实施例中，其中系统90、92、94、96、98包括基部元件，所 述基部元件用于将系统90、92、94、96、98附接到头盔。例如，所述 基部元件可以包括钩或粘合剂。
261.在一些实施例中，所述系统85被用作头盔中的衬垫。在一些实施例 中，所述系统85用在头盔中使用的典型的现有能量吸收器和衬垫之间。
262.在一些实施例中，一旦系统被添加并附接到防护服或头盔，根据本 发明实施例的系统在优化的位置提供优化的防护。根据本发明的实施例 的一些系统中使用的单元的各向异性特性可以在不同的方向上产生不 同的阻尼特性。在头盔中，单元可以被认为具有一个法向平面和两个剪 切平面。正常功能可针对标准化冲击进行优化，并且两种剪切功能可针 对不同冲击方向进行优化。在这里，头盔衬垫的全局效应会对在矢状面 对冠状面的倾斜冲击产生不同的响应。
263.在测试中，测试了厚度范围从3mm到12mm的系统90、92、94和 96的示例。系统90、92、94和96导致了对美式足球、曲棍球、eps滑 雪和摩托车头盔的范围为16-37％的性能改进。
264.图32a至图32b示出了使用根据本发明的实施例的柔性能量吸收系 统作为经受线性冲击和倾斜冲击的各种头盔中的衬垫的测试结果。图 32b是图32a的表格的延续。所述头盔有各种形状、外壳类型和衬垫类 型。该表格示出，与标准头盔相比，根据本发明实施例的系统导致线性 加速度和旋转加速度的减小。取决于不同的参数，根据本发明的实施例 的系统提供不同程度的减少。仅作为示例，这些参数可以是头盔的类型、 系统或系统中的单元的几何结构、冲击的类型和大小、系统的尺寸、系 统的基部元件的性质和系统的厚度。例如，该表格示出，与具有相同特 征的6mm厚的系统相比，根据图17的8mm厚的系统提供了线性加速 度和旋转加速度的显著降低。图32示出，一些经过测试的系统提供了 高达45-50％
的加速度降低。
265.图32示出了系统30的层310为倾斜冲击提供了50.7％的旋转加速 度的减小。在该测试中，美式橄榄球头盔中的现有pu衬垫被24mm厚 的层310取代，其中一些额外的孔被模切到层310中以减轻重量。由此 产生的头盔比pu衬垫的头盔轻，同时减少加速度。
266.进行的测试也在[image]上作为头盔衬垫进行测试。与[image]相 比，根据本发明实施例的系统示出了显著地更大的加速度减少。
[0267]
图33示出了绘制了对于参考eps头盔的落差对平均峰值线性加速 度的曲线图。在bsi 13078中定义的平砧座上的标准头盔坠落装置上对 于线性冲击来测试所述系统。所述曲线图示出，与参考eps头盔相比， 所述能量吸收系统70(图19)提供了平均峰值线性加速度降低多达37％。 另外，当处于图19所示的相同双重配置中时，与所述系统65(图18) 相比，所述系统70提供平均峰值线性加速度的更大降低。当处于图19 所示的相同双重配置时，与所述参考头盔相比，所述系统65提供平均 峰值线性加速度的降低高达24％。所述系统改善了控制头盔的动态范 围。所述线性响应得到了改善，可以在亚震荡或106g以下的范围内制 造更安全的头盔。当处于系统70和70的相同双重配置中时，所述系统 65因此有助于头盔的旋转和低速冲击，从而制造潜在更安全的头盔。
[0268]
本发明的实施例提供制造柔性能量吸收系统(例如系统90、92、94、 96)的方法。所述方法包括在平面上形成单元、使用应变率敏感材料形 成单元，形成可采用平面形式和非球面形式来配置的系统并且当采用非 球面形式来配置时，形成系统使得所述单元包括凹入几何结构。在一些 实施例中，所述形成包括在平面上形成多个单元。在一些实施例中，所 述形成包括当系统采用平面形式来配置时，将单元形成为具有沿平面的 凹入几何结构。在一些实施例中，所述形成包括当所述系统采用平面形 式来配置时，将单元形成为在垂直于平面的方向上具有凹入几何形状。 所述凹入几何结构可以是如参考本文所述的柔性能量吸收系统所述的 任何几何结构。
[0269]
在一些实施例中，所述方法包括形成多个单元，其中多个单元包括 包含有第一几何结构的单元和包含有第二不同几何结构的单元。在一些 示例中，所述第一几何结构是沿着该平面凹入的，且所述第二几何结构 是垂直于该平面凹入的。
[0270]
在一些实施例中，所述方法包括形成单元的至少两个互连部分，其 中第一部分具有第一形状并且第二部分具有第二不同形状。
[0271]
在一些实施例中，所述形成包括注塑成型。在一些实施例中，所述 注塑成型在开闭工具的平面中。在一些示例中，所述形成包括以较简单 的单分模线工具进行制造。在一些实施例中，将织物附接到工具并将成 形件模制到织物上。在一些实施例中，制造在三轴机器上进行。在一些 实施例中，所述形成包括增材制造。
[0272]
本发明的实施例提供了一种制造柔性能量吸收系统的方法。所述方 法包括沿着第一轴形成具有恒定横截面的单元，将单元形成为具有沿第 二轴的凹入几何结构，并使用应变率敏感材料形成单元。在一些实施例 中，所述方法用于制造图31的系统98的单元980。在一些实施例中， 所述方法包括形成多个单元。
[0273]
在一些实施例中，其中所述单元包括挤出部，所述方法的形成包括 执行挤出工艺。
[0274]
在一些实施例中，对于本文所述的包括形成的任何制造方法，所述 形成包括注塑
成型和/或增材制造。
[0275]
根据本发明的一些实施例包括制造工具的方法，所述工具用于制造 根据本发明的能量吸收系统。在一些实施例中，所述工具使用先进的制 造方法来制造。在一些实施例中，所述工具使用与在快速成型中使用的 那些类似的先进制造技术来制造。在一些实施例中，使用金属印刷技术 来制造工具。在一些实施例中，所述工具使用选择性激光熔化来制造， 例如concept lasertm。在一些实施例中，所述工具由316不锈钢制造。 在一些实施例中，使用较硬的材料，例如马氏体时效钢。
[0276]
上述方法允许根据本发明的能量吸收系统的部件的凹入几何结构在 单个工具面中制造。使用包括减法技术的传统制造方法不能实现使工具 中的底切，其使得能量吸收系统中的单元，突出部或主体具有它们的凹 入几何结构。
[0277]
在一些实施例中，所述工具大于正在制造的能量吸收系统的一部分 中的开口。由于所模制的材料是弹性体的，所以可以在不用传统方式打 开工具的情况下将所得部件从工具中拉出。在一些实施例中，部件在工 具中用织物制造。在这样的实施例中，通过拉动织物可以更容易地从工 具拉出部件，因为当其被注入到工具中时，部件的可成型材料被迫穿过 织物的开放式编织结构。
[0278]
在一些实施例中，改变工具表面的孔隙率以允许空气通过，但不能 模制能量吸收系统的可模制材料。在一些实施例中，具有多孔工具表面 在注射可模制材料期间允许空气离开工具。在一些实施例中，具有多孔 工具表面允许将空气吹入工具以帮助弹出已经模制的部件。在一些实施 例中，提供了冷却腔，这改善了循环时间。
[0279]
在一些实施例中，所述工具包括注射口。这样的实施例消除了对加 工转轮的需要，因此减少了制造工具的成本和时间。
[0280]
这些印刷工具印刷在构建板上，并且随后留在构建板上。在一些实 施例中，它们保持稳定而无需额外的热处理。可以使用通用的垫板来接 受该构建板，使用垫板中的通用注射端口。通过这种方式，可以打印出 不同的工具，每个工具都与垫板中的共同注射端口对齐。这允许将快速 原型工具轻松更换为注塑机。在一些实施例中，来自垫板的注射门通向 印刷在工具中的滑道，从而进一步减少了要加工的任何额外的滑道或 门，因为这些可被印刷在工具中。事实上，在一些实施例中，“印刷和 模具”之间不需要额外的精加工。在一些实施例中，可以从概念激光器 上取下模具部件，如果需要，清洁、吹塑，然后放入注塑机中。在一些 实施例中，在垫板中存在用于注入点的共同入口，并且门的细节的其余 部分被打印在工具中。使用这种技术，可以在24小时内完成从cad、 到印刷、到模具和到坠落塔测试装置。
[0281]
根据本文所述的本发明的实施例描述了柔性能量吸收系统，所述系 统包括应变率敏感材料，所述材料可以可替换地或附加地包括弹性体材 料。
[0282]
上述实施例应被理解为本发明的说明性示例。设想本发明的其他实 施例。例如，应变率敏感材料可以是任何其他活性材料。应当理解的是， 关于任何一个实施例描述的任何特征可以单独使用，或者与所述的其他 特征组合使用，并且还可以与任何其他实施例中的一个或多个特征组合 使用，或任何其他实施例的任意组合。此外，在不脱离由所附权利要求 限定的本发明的范围的情况下，也可以采用以上未描述的等同物和修 改。