适配N95口罩的支撑框架及铸模结构

　　这套结构的开发初衷，是解决民用防护场景下普通平面口罩贴合度不足、长时间佩戴压迫面部的痛点，同时兼顾小批量快速生产的落地需求。从实际应用场景来看，该框架可直接嵌入常规N95级折叠口罩内部，沿人脸面部轮廓形成一圈连续的支撑边界，让口罩面料与口鼻区域留出足够的呼吸空腔，避免说话、深呼吸时面料贴附口鼻造成的憋闷感，同时框架边缘的贴合弧度经过面部轮廓数据拟合，能有效减少鼻梁、颧骨位置的压痕，适合长时间值守的防疫人员、高暴露风险岗位工作人员日常佩戴使用。

　　从功能特性上看，框架主体采用一体化弧形梁结构，两端设置的挂扣结构可直接卡入口罩耳带的缝合位置，不需要额外粘接或固定配件，使用者可自行拆装替换，框架表面做了圆角过渡处理，所有与面部接触的棱边都做了R2以上的倒圆，避免长时间佩戴产生硌痛感。配套的铸模结构分为阳模与阴模两个部分，合模后形成的型腔完全匹配框架的外形轮廓，模腔边缘设置了0.1mm的溢料槽，浇注铸造硅胶或者聚氨酯材料时，多余的料体会流入溢料槽，不会在框架边缘形成多余的飞边，减少后续修边的工序量。

　　设计思路上，最初考虑过直接用3D打印制作框架成品，但实际测试中发现，常规FDM打印的零件层纹明显，贴肤触感差，且打印单个框架的周期超过40分钟，小批量生产效率极低，因此转而采用3D打印制作模具，再通过浇注成型的方式生产框架零件，这种方式既能利用3D打印快速迭代模具型腔轮廓的优势，又能通过浇注获得表面光滑、材质弹性更贴合佩戴需求的硅胶/聚氨酯零件，生产效率相比直接打印成品提升6倍以上，且零件的佩戴舒适度有明显改善。模具的分型面设置在框架的最大轮廓处，合模定位采用边缘的三个锥形定位销，定位间隙控制在0.05mm，合模后不会出现错模问题，浇口设置在框架鼻梁位置的顶端，浇注时料体可顺着弧形梁自然流向两端挂扣位置，型腔内的空气从两端挂扣处的排气槽排出，避免零件内部出现气泡或缺料问题。

　　外形尺寸与安装边界方面，框架整体展开的横向宽度为165mm，纵向高度为120mm，弧形梁的截面宽度为8mm，厚度为2.5mm，适配绝大多数成人均码的N95折叠口罩，安装时仅需要将口罩边缘的面料卡在框架外侧的小凸点上，两端挂扣穿过耳带的缝合固定位即可完成组装，不需要对原有口罩做任何裁剪或改造。模具的整体外形尺寸为180mm135mm30mm，可直接放置在桌面级3D打印机的成型平台上制作，模具的浇注口直径为6mm，适配常规的手动硅胶注料枪使用，不需要额外的加压浇注设备，小批量生产时仅需要一个工作台即可完成合模、浇注、脱模的全流程，适合社区、小型工厂的应急防疫物资生产场景。

　　从结构强度验证来看，框架采用邵氏硬度60A的聚氨酯材料浇注成型时，两端挂扣可承受15N的拉力不发生断裂，弧形梁反复弯折1000次不会出现永久变形，完全满足日常佩戴的拉扯、折叠需求。模具本身采用PLA材料3D打印制作时，可完成至少50次的浇注循环，若采用光敏树脂材料打印模具，浇注循环次数可提升至200次以上，足够满足小批量应急生产的需求。针对不同脸型的适配性，框架的弧形轮廓预留了2mm的弹性变形量，佩戴时可根据不同人的面部宽度自适应调整，不会出现局部压迫或者贴合不严的问题，边缘与面部的接触压力控制在3kPa以下，连续佩戴4小时不会产生明显的压痕。