Шлем для альпинизма, выполненный из сверхпрочного композиционного материала

Актуальность

За последнее время количество пострадавших от занятия альпинизмом превысило 20 % от общего количества спусков. Пятая часть несчастных случаев связана с тем, что шлемы, которые выпускают в настоящее время, часто не соответствуют параметру «цена – качество». Углеарамид, в отличие от других материалов, использующихся для создания шлема, обладает более высоким пределом прочности, а также лёгкостью, которой не могут похвастаться другие материалы.

При изучении данной проблемы было установлено, что есть возможность создать продукт, который будет дешевле и практичнее существующих аналогов.

Цель

Изготовить шлем для скалолазания из композиционного материала.

Задачи

1. Увеличение прочности и ударостойкости шлема для альпинизма.
2. Использование облегчённого материала.
3. Экономическая целесообразность (сравнить стоимость шлема и стоимость шлема из магазина).

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Персональный компьютер с установленным ПО (Autodesk Inventor Professional 2021)
• 3D-принтер
• Станок с ЧПУ и плиты с МДФ

Описание

Работа состояла из нескольких этапов.

На начальном этапе авторами были проведены исследования уже существующих аналогов. Определены стандарты, которым соответствовала выпускаемая продукция. Определена идея, в соответствии с которой была изготовлена каска гибридная. Это достаточно толстый защитный слой пластика поверх пены. В результате получаем совокупность плюсов и минусов: лёгкие и прочные, но дорогие.

На первом этапе в соответствии с идеей была создана 3D-модель поверхности шлема с добавлением рёбер жёсткости.

На следующем этапе была создана оснастка из МДФ по 3D-модели с помощью технологии фрезерования. Затем методом вакуумной инфузии было изготовлено изделие. После извлечения из оснастки края изделия обрабатывались до соответствующего состояния.

В результате работы над проектом было изготовлено основание корпуса шлема, выполняющее главную защитную функцию: при ударе оно деформируется и смягчает удар. Основание нашего шлема выполнено из углеарамида, что позволяет увеличить защитные свойства шлема.

Было проведено испытание корпуса шлема по стандарту DIN EN 12492-2012 на проникновение. Испытание было пройдено успешно, что означает, что шлем соответствует требованиям безопасности и в дальнейшем может получить сертификат и использоваться по назначению.

Использование углеарамидного композиционного материала увеличило надёжность изделия и значительно его облегчило. Изделие экономически не уступает рыночным аналогам, а может, и превосходит их, что делает его перспективным для дальнейшего производства.

Результаты работы/выводы

Корпус шлема, выполненного из углеарамида, имеет гладкую поверхность и однородную структуру. Шлем полностью соответствует международным стандартам безопасности DIN EN 12492-2012 и пригоден для использования по назначению. В дальнейшем планируется собрать полноценное изделие, состоящие из данного корпуса, смягчающей конструкции из пеноматериала и ремней фиксации.

Перспективы использования результатов работы

Сравнение стоимости изготовления шлема с рыночными аналогами показало, что его производство целесообразно, шлем конкурентоспособен на рынке снаряжения для экстремальных видов спорта.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

 «Инжинириум МГТУ им. Н.Э. Баумана»