Gestalten mit hybriden Materialien – Additive Fertigung für neuartige, kundenindividuelle Stichschutzbekleidung

Beschäftigte im öffentlichen Dienst sind einer steigenden Zahl von Übergriffen und Bedrohungen ausgesetzt. Auch in den Statistiken der Unfallversicherungsträger und der Polizei findet sich das Phänomen Gewalt verstärkt wieder. Die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung durch eine Stichwaffe ist in Deutschland deutlich höher einzustufen als die mittels einer Schusswaffe bzw. einem Projektil. Zudem werden stichhemmende und Stichschutzwesten nicht nur für den Einsatz im behördlichen, militärischen und Sicherheitsbereich angeboten, sondern auch für Privat- und Geschäftsleute. Die Westen sollen die Träger vor Angriffen mit Messern, Nadeln und spitzen Gegenständen schützen, sind jedoch in ihrem Tragekomfort verbesserungswürdig. Derzeit erfolgt die Abschwächung von Angriffen mit Stichwaffen durch integrierte Schutzplatten aus Aluminium, Edelstahl, Kunststoff, Keramik und/oder Metall-Ringgeweben. Die Stichschutzwesten besitzen zum einen ein beträchtliches Gewicht (je nach Modell und Größe 1,5 bis 5 kg). Zum anderen weisen sie bei langer Tragedauer und hohen Außentemperaturen (z. B. während der Sommermonate) ein schlechtes thermophysiologisches Verhalten auf. Üblicherweise nimmt die Schutzwirkung mit steigendem Gewicht zu. Eine Gewichtserhöhung vermindert jedoch den Tragekomfort, wodurch auch die Trageakzeptanz, d. h. die Bereitschaft einer Person zum Tragen der Schutzkleidung, verringert wird. Diese Trageakzeptanz stellt ein entscheidendes Kriterium für den erfolgreichen Personenschutz dar. Einen möglichen Lösungsansatz bietet die Realisierung von Leichtbaupotenzialen mittels neuer Technologien und hybriden Materialien. Durch eine Überarbeitung des bisherigen Designs der Schutzkleidung soll der Tragekomfort unter Beibehaltung der Funktionalität deutlich verbessert werden. Statt der bisher angewandten Schutzplatten wird eine körperformabhängige Segmentierung von bioinspirierten Interlocking-Strukturen aus Hochleistungsfaserstoffen entwickelt. Die Verstärkungskomponente mit hoher Schlagzähigkeit, Bruchdehnung und Zugfestigkeit besteht aus Aramidfasern. Zudem werden die Stichschutzelemente mittels additiver Fertigung auf biegeweiche Maschenwaren appliziert. Die Schutzkleidung lässt sich an die jeweilige Körperform anpassen und bietet neben dem Stichschutz einen verbesserten ergonomischen, thermophysiologischen sowie hautsensorischen Komfort. [... aus der Einleitung

Gestalten mit hybriden Materialien – Additive Fertigung für neuartige, kundenindividuelle Stichschutzbekleidung

Beschäftigte im öffentlichen Dienst sind einer steigenden Zahl von Übergriffen und Bedrohungen ausgesetzt. Auch in den Statistiken der Unfallversicherungsträger und der Polizei findet sich das Phänomen Gewalt verstärkt wieder. Die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung durch eine Stichwaffe ist in Deutschland deutlich höher einzustufen als die mittels einer Schusswaffe bzw. einem Projektil. Zudem werden stichhemmende und Stichschutzwesten nicht nur für den Einsatz im behördlichen, militärischen und Sicherheitsbereich angeboten, sondern auch für Privat- und Geschäftsleute. Die Westen sollen die Träger vor Angriffen mit Messern, Nadeln und spitzen Gegenständen schützen, sind jedoch in ihrem Tragekomfort verbesserungswürdig. Derzeit erfolgt die Abschwächung von Angriffen mit Stichwaffen durch integrierte Schutzplatten aus Aluminium, Edelstahl, Kunststoff, Keramik und/oder Metall-Ringgeweben. Die Stichschutzwesten besitzen zum einen ein beträchtliches Gewicht (je nach Modell und Größe 1,5 bis 5 kg). Zum anderen weisen sie bei langer Tragedauer und hohen Außentemperaturen (z. B. während der Sommermonate) ein schlechtes thermophysiologisches Verhalten auf. Üblicherweise nimmt die Schutzwirkung mit steigendem Gewicht zu. Eine Gewichtserhöhung vermindert jedoch den Tragekomfort, wodurch auch die Trageakzeptanz, d. h. die Bereitschaft einer Person zum Tragen der Schutzkleidung, verringert wird. Diese Trageakzeptanz stellt ein entscheidendes Kriterium für den erfolgreichen Personenschutz dar. Einen möglichen Lösungsansatz bietet die Realisierung von Leichtbaupotenzialen mittels neuer Technologien und hybriden Materialien. Durch eine Überarbeitung des bisherigen Designs der Schutzkleidung soll der Tragekomfort unter Beibehaltung der Funktionalität deutlich verbessert werden. Statt der bisher angewandten Schutzplatten wird eine körperformabhängige Segmentierung von bioinspirierten Interlocking-Strukturen aus Hochleistungsfaserstoffen entwickelt. Die Verstärkungskomponente mit hoher Schlagzähigkeit, Bruchdehnung und Zugfestigkeit besteht aus Aramidfasern. Zudem werden die Stichschutzelemente mittels additiver Fertigung auf biegeweiche Maschenwaren appliziert. Die Schutzkleidung lässt sich an die jeweilige Körperform anpassen und bietet neben dem Stichschutz einen verbesserten ergonomischen, thermophysiologischen sowie hautsensorischen Komfort. [... aus der Einleitung

Gestalten mit hybriden Materialien – Additive Fertigung für neuartige, kundenindividuelle Stichschutzbekleidung

Beschäftigte im öffentlichen Dienst sind einer steigenden Zahl von Übergriffen und Bedrohungen ausgesetzt. Auch in den Statistiken der Unfallversicherungsträger und der Polizei findet sich das Phänomen Gewalt verstärkt wieder. Die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung durch eine Stichwaffe ist in Deutschland deutlich höher einzustufen als die mittels einer Schusswaffe bzw. einem Projektil. Zudem werden stichhemmende und Stichschutzwesten nicht nur für den Einsatz im behördlichen, militärischen und Sicherheitsbereich angeboten, sondern auch für Privat- und Geschäftsleute. Die Westen sollen die Träger vor Angriffen mit Messern, Nadeln und spitzen Gegenständen schützen, sind jedoch in ihrem Tragekomfort verbesserungswürdig. Derzeit erfolgt die Abschwächung von Angriffen mit Stichwaffen durch integrierte Schutzplatten aus Aluminium, Edelstahl, Kunststoff, Keramik und/oder Metall-Ringgeweben. Die Stichschutzwesten besitzen zum einen ein beträchtliches Gewicht (je nach Modell und Größe 1,5 bis 5 kg). Zum anderen weisen sie bei langer Tragedauer und hohen Außentemperaturen (z. B. während der Sommermonate) ein schlechtes thermophysiologisches Verhalten auf. Üblicherweise nimmt die Schutzwirkung mit steigendem Gewicht zu. Eine Gewichtserhöhung vermindert jedoch den Tragekomfort, wodurch auch die Trageakzeptanz, d. h. die Bereitschaft einer Person zum Tragen der Schutzkleidung, verringert wird. Diese Trageakzeptanz stellt ein entscheidendes Kriterium für den erfolgreichen Personenschutz dar. Einen möglichen Lösungsansatz bietet die Realisierung von Leichtbaupotenzialen mittels neuer Technologien und hybriden Materialien. Durch eine Überarbeitung des bisherigen Designs der Schutzkleidung soll der Tragekomfort unter Beibehaltung der Funktionalität deutlich verbessert werden. Statt der bisher angewandten Schutzplatten wird eine körperformabhängige Segmentierung von bioinspirierten Interlocking-Strukturen aus Hochleistungsfaserstoffen entwickelt. Die Verstärkungskomponente mit hoher Schlagzähigkeit, Bruchdehnung und Zugfestigkeit besteht aus Aramidfasern. Zudem werden die Stichschutzelemente mittels additiver Fertigung auf biegeweiche Maschenwaren appliziert. Die Schutzkleidung lässt sich an die jeweilige Körperform anpassen und bietet neben dem Stichschutz einen verbesserten ergonomischen, thermophysiologischen sowie hautsensorischen Komfort. [... aus der Einleitung

Badanie właściwości ochrony przed przekłuciem elementów drukowanych 3D wzmocnionych włóknem aramidowym

A stab resistant vest is a reinforced piece of body armour designed to resist knife or needle attacks of different energy levels specifically to the upper part of the body (chest and abdomen) to save lives. The majority of armours limit several comfort parameters, such as free locomotion, respiration, flexibility and light weight, which determine efficient use by wearers and their willingness to wear. Currently available armours are usually made of a single plate, and although often segmentation is used with just a few but still quite large pieces, the materials are compact and bulky to wear. In this study, stab protective armor elements (scale-like elements) of 3 mm thickness and 50 mm diameter were designed, produced (3D printed) and tested for performance. Aramid fibre was used for its strength, durability and process ability to develop protection elements at unidirectional and multidirectional filling angles during 3D printing. The specimens were tested according to VPAM KDIW 2004. The specimens designed and developed with multidirectional filling angles of aramid resist the puncturing energy level K1 (25 J) with a penetration depth less than the maximum allowed for the K1 energy level by VPAM. These specimens showed a high protection level of relative small thickness (3 mm) and light weight (6.57 grams for the estimated area A ≈ 1963.5 mm2) as compared to the currently certified armors for K1 (for example, the aluminum mass is 13.33 grams for 2 mm thickness and 50 mm diameter).Kamizelka odporna na dźgnięcie to wzmocniony element kamizelki kuloodpornej zaprojektowany tak, aby był odporny na ataki nożem lub igłą, w szczególności w górnej części ciała (klatce piersiowej i brzuchu), tak aby ratować życie. Kamizelka taka powinna spełniać kilka parametrów komfortu, takich jak: swoboda poruszania się, oddychanie, elastyczność i niewielka waga, które decydują o efektywnym użytkowaniu przez użytkowników i ich chęci do noszenia. Obecnie dostępne kamizelki są zwykle wykonane z jednej płyty i chociaż często stosuje się segmentację z zaledwie kilkoma, ale wciąż dość dużymi elementami, materiały są zwarte i nieporęczne w noszeniu. W pracy zaprojektowano, wyprodukowano (wydrukowano w 3D) i przetestowano pod kątem wydajności elementy pancerza ochronnego (elementy przypominające łuski) o grubości 3 mm i średnicy 50 mm. Zastosowano włókno aramidowe ze względu na jego wytrzymałość, trwałość i zdolność do wytwarzania elementów zabezpieczających przy jednokierunkowych i wielokierunkowych kątach wypełnienia podczas druku 3D. Próbki badano zgodnie z VPAM KDIW 2004. Stwierdzono, że zaprojektowane i opracowane próbki były odporne na poziom energii przebicia K1 (25 J) przy głębokości penetracji mniejszej, niż maksymalna dopuszczalna dla poziomu energii K1 przez VPAM. Próbki te wykazały wysoki poziom ochrony przy stosunkowo małej grubości (3 mm) i niewielkiej wadze (6.57 g dla szacowanego obszaru A ≈ 1963.5 mm2) w porównaniu z obecnie certyfikowanymi pancerzami dla K1 (np.: masa aluminium wynosi 13,33 g dla grubości 2 mm i średnicy 50 mm)