Helmpad 2.0: gli inserti lattice di rpm per caschi EOD più sicuri e tracciabili
Il servizio di stampa 3D tedesco Rapid Product Manufacturing GmbH (rpm) ha sviluppato un nuovo concetto di imbottitura per caschi destinati agli operatori EOD (Explosive Ordnance Disposal), basato su strutture lattice in poliuretano elastomerico e su un flusso di qualità supportato dai dati di processo. L’obiettivo è combinare protezione dagli impatti, comfort e tracciabilità industriale, sfruttando la maturità della tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) di Carbon e i materiali EPU specifici per elementi elastici funzionali.
Dal foam tradizionale al lattice digitale
Nella protezione balistica ed EOD, le imbottiture dei caschi sono storicamente realizzate in schiume polimeriche con densità e spessori definiti in modo relativamente rigido. Strutture di questo tipo hanno limiti nel modulare la risposta meccanica, nella ventilazione e nell’adattamento morfologico alla testa del singolo operatore. Con l’adozione di strutture lattice stampate in 3D, rpm può invece controllare in modo locale la rigidità, il grado di smorzamento e il flusso d’aria, senza cambiare materiale ma intervenendo sulla geometria della cella unitaria e sulla sua distribuzione nel volume del casco.
Il concetto ricalca quanto già visto in applicazioni sportive di alto livello, come i liner per caschi da football americano o per sport motoristici, dove lattice parametrico e simulazioni FEA permettono di replicare o superare la risposta delle schiume espanse con una riduzione di massa e un miglior controllo della deformazione. In questo scenario, l’impatto target non è solo la riduzione del picco di accelerazione trasmesso, ma anche la gestione di eventi multipli e di impatti obliqui che generano componenti di rotazione della testa, particolarmente critici per il rischio di trauma.
La piattaforma tecnologica: Carbon DLS ed elastomeri EPU
Per produrre le imbottiture, rpm utilizza la tecnologia Digital Light Synthesis (DLS) di Carbon, una variante di fotopolimerizzazione in vasca che combina alta risoluzione, buone proprietà meccaniche e processi di post-curing industrializzabili. Il materiale di riferimento per le strutture elastiche è la famiglia di elastomeri poliuretanici di Carbon, in particolare EPU 40 ed EPU 41, sviluppati per applicazioni di assorbimento d’urto e ritorno elastico controllato.
La scelta di DLS e materiali standardizzati consente a rpm di lavorare in un contesto di produzione in serie, dove ripetibilità e omologazione dei componenti sono fondamentali. Come sottolineato dall’azienda, l’uso di materiali validati e di parametri di processo stabili permette di ottenere parti che si comportano allo stesso modo alla seconda, terza e ventesima produzione, prerequisito essenziale per sistemi di protezione personale come caschi EOD, dove la variabilità non è accettabile.
Design lattice: zone funzionali e ottimizzazione per l’impatto
Il cuore del progetto è la progettazione di strutture lattice elastiche che sostituiscono la schiuma tradizionale all’interno del casco. rpm lavora su una libreria di celle unità regolari e irregolari, variando parametri come spessore delle struts, densità locale della rete e topologia per ottenere campi di deformazione controllati. Questo consente di definire zone differenziate: aree con maggiore capacità di assorbimento nelle regioni più esposte agli impatti, porzioni più rigide per il supporto e la stabilizzazione del casco, zone alleggerite per migliorare ventilazione e comfort termico.
In parallelo, l’azienda utilizza simulazioni strutturali e test fisici per calibrare la risposta del lattice, seguendo un approccio già sperimentato in altri settori, come gli inserti elastici per calzature o i componenti di sospensione. La possibilità di iterare rapidamente tra modello, stampa e test grazie a DLS riduce i tempi di sviluppo e permette di convergere su un design ottimizzato per i profili di carico tipici delle operazioni EOD, dove l’energia d’urto e le dinamiche di shock differiscono da quelle di applicazioni sportive convenzionali.
Qualità basata sui dati: dalla macchina al componente
Un elemento distintivo del lavoro di rpm è la strutturazione di un sistema di qualità basato sui dati (data-driven quality system), che integra i parametri macchina, i dati di processo e i risultati di test meccanici e funzionali. Per ogni serie di imbottiture viene tracciato l’andamento dei principali parametri di stampa (esposizione, temperatura, viscosità della resina, condizioni di post-processing), generando un “digital thread” che lega il file CAD, il job di stampa e il componente finito.
Questo approccio risponde alle esigenze di trasparenza e certificabilità tipiche dei sistemi di protezione personale, dove enti e clienti richiedono documentazione puntuale sulle condizioni di produzione. La combinazione di dati di processo e risultati di test – ad esempio prove di compressione ciclica e d’urto su campioni di lattice – alimenta inoltre una banca dati interna che rpm sta sviluppando per definire regole progettuali e finestre operative stabili per le strutture elastiche.
Applicazione EOD: requisiti, comfort ed ergonomia
I caschi per operatori EOD devono rispondere a requisiti di protezione particolarmente stringenti, spesso integrando visiere e scudi con elevati livelli di protezione balistica; questo comporta pesi complessivi importanti e necessità di ottimizzare distribuzione dei carichi, stabilità e comfort. L’impiego di imbottiture lattice consente di creare zone di contatto che si adattano meglio alla morfologia dell’operatore, migliorando la distribuzione della pressione sul capo e riducendo i punti di carico localizzati che possono causare affaticamento durante missioni prolungate.
Inoltre, la struttura aperta del lattice favorisce il passaggio dell’aria e può integrarsi con canali di ventilazione interni alla calotta, contribuendo a mitigare l’accumulo di calore – un fattore significativo in scenari operativi dove il casco viene indossato per lunghi periodi, spesso in ambienti critici. L’eventuale integrazione di diverse zone di rigidità permette anche di migliorare la stabilità del casco durante movimenti rapidi o in presenza di strumentazione montata, mantenendo al contempo un livello di comfort accettabile per l’utilizzatore.
Ricerca finanziata e sviluppo di know-how sulle strutture elastiche
Il progetto sulle imbottiture per caschi EOD si inserisce in un percorso più ampio di rpm dedicato allo sviluppo di strutture elastiche lattice per varie applicazioni industriali e consumer. L’azienda ha ottenuto un finanziamento nell’ambito del programma di innovazione per PMI tedesco, con un progetto intitolato “Sviluppo di strutture lattice elastiche mediante produzione additiva per diverse applicazioni”, condotto in collaborazione con partner industriali e l’Istituto per la Microtecnologia dell’Università Tecnica di Braunschweig.
In questo contesto, rpm sta esplorando campi applicativi come canali di raffreddamento integrati in strutture imbottite, sistemi pneumatici o a liquido per controllare la risposta meccanica, elementi di smorzamento con aria o fluidi, nonché sistemi di flusso integrati in parti elastiche. La conoscenza accumulata in questi casi, sia dal punto di vista dei materiali sia delle regole di design, contribuisce direttamente alla maturità delle soluzioni per caschi EOD, facilitando la transizione da prototipi a produzione in serie.
Implicazioni per la produzione in serie di DPI
L’approccio di rpm dimostra come la stampa 3D di strutture lattice elastiche stia evolvendo da tecnologia per prototipi a strumento per la produzione in serie di dispositivi di protezione individuale. La combinazione di design parametrico, materiali ottimizzati e processi tracciabili rende possibile pensare a componenti standardizzati per caschi, ma anche a varianti personalizzate per specifici reparti o persino per singoli operatori, qualora siano disponibili dati antropometrici e requisiti operativi specifici.
In prospettiva, l’industrializzazione di imbottiture lattice per caschi EOD potrebbe fungere da modello per altri DPI, come protezioni per ginocchia, gomiti, giubbotti con inserti elastici e sistemi di seduta per veicoli tattici, dove gestione degli urti, comfort e durata nel tempo sono fattori chiave. Il rafforzamento della catena digitale dalla progettazione al controllo qualità, con un uso esteso dei dati di processo, rappresenta un passaggio importante per l’accettazione delle soluzioni additivamente prodotte in ambiti regolamentati e ad alta responsabilità, come la difesa e la sicurezza civile.
