Fabricación aditiva
Los metamateriales impresos en 3D podrían redefinir la seguridad de los automóviles
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Creando diseños metálicos
La metalurgia es una tecnología en constante evolución desde el trabajo rudimentario de los metales en las primeras civilizaciones. Hasta hace poco, gran parte del trabajo del metal seguía dependiendo de técnicas como el moldeo —fundir metal en moldes huecos— o la forja, que le da forma mediante golpes.
La aparición de la impresión 3D capaz de procesar materiales metálicos añadió un método completamente nuevo para producir componentes de metal, y apenas comenzamos a comprender todo su potencial.
Algunos ejemplos son las nuevas aleaciones de titanio, la impresión 3D con infusión de hidrógeno y la impresión geométrica que absorbe vibraciones.
Investigadores de la Universidad de Glasgow (Reino Unido), la Universidad Politécnica de las Marcas (Italia) y el Instituto Nacional de Física Nuclear (Italia) han creado mediante impresión 3D un nuevo tipo de metamaterial torsional que podría cambiar la forma de fabricar amortiguadores de impacto para automóviles.
Publicaron los resultados en Advanced Materials1 con el título «Metamateriales de torsión adaptativa».
Absorción de impactos incorporada
Los primeros automóviles casi no ofrecían protección frente a las colisiones. Después aparecieron absorbentes de impacto como las cajas de deformación y los parachoques, pero proporcionaban una única respuesta fuerza-desplazamiento para todos los escenarios de choque.
Los automóviles modernos se construyen para que, en caso de colisión, su estructura absorba específicamente la mayor parte de la energía cinética y limite la energía transferida a los ocupantes.
«La creciente necesidad de cumplir normas de seguridad cada vez más estrictas y, a menudo, contradictorias ha desplazado la atención hacia la optimización estructural de componentes sacrificables, haciendo avanzar la filosofía del diseño mecánico».
Junto con la adopción generalizada de los cinturones de seguridad, esta innovación ha sido uno de los principales factores de la reducción de muertes en accidentes automovilísticos durante las últimas décadas.
Fuente: Haug Farrar
Esto se ha logrado principalmente modificando la geometría estructural o combinando diferentes materiales dentro de absorbentes de energía ya probados para aumentar la disipación.
Aun así, la absorción de energía suele permanecer constante sin importar el escenario —por ejemplo, un impacto contra un peatón o una pared— porque la respuesta fuerza-desplazamiento es fija.
Metamateriales mecánicos de acoplamiento compresión‑torsión (CTCM)
Una alternativa prometedora a los métodos actuales de absorción de impactos son los metamateriales mecánicos con acoplamiento compresión-torsión (CTCM).
Están diseñados para convertir la presión alrededor del eje del material en un movimiento de torsión, similar al de un sacacorchos, y absorber así la energía del impacto.
Esto sitúa a los metamateriales CTCM un paso por delante de las simples retículas metálicas, que únicamente se comprimen bajo presión.
Estos materiales aprovechan plenamente la capacidad de la impresión 3D para crear formas y estructuras extremadamente complejas que serían imposibles de fabricar mediante cualquier otro método.
Fuente: Advanced Materials
Reacciones dependientes de la fuerza
Los materiales absorbentes anteriores básicamente se doblaban o no lo hacían. Para soportar impactos fuertes, a menudo también debían ofrecer resistencia ante los más leves.
«Los materiales protectores que se utilizan actualmente en la mayoría de los vehículos son estáticos, están diseñados para escenarios de impacto concretos y no pueden adaptarse a condiciones variables».
En cambio, las complejas formas de los metamateriales CTCM pueden ajustarse con precisión a necesidades específicas.
Los investigadores diseñaron una forma capaz de absorber mucha energía incluso en un impacto leve y de seguir protegiendo posteriormente frente a impactos de alta velocidad y gran energía.
Después de la primera banda de aplastamiento —es decir, la tensión inicial de colapso—, la ductilidad del material de lámina giroidal permitió una respuesta estable a la compresión sin una falla catastrófica.
Fuente: Advanced Materials
Esto haría que los metamateriales CTCM fueran superiores a las espumas convencionales y las zonas de deformación actuales, ya que podrían ofrecer mayor rigidez en colisiones fuertes o una amortiguación más suave en impactos leves.
Fuente: Advanced Materials
Creando nuevos amortiguadores de choque
El resultado se consiguió creando una forma compleja y muy porosa conocida como retícula giroidal. Después compararon las piezas reales impresas en 3D y analizadas mediante tomografía computarizada con el modelo CAD.
Fuente: Advanced Materials
Aunque el material real difería algo del modelo CAD debido a una mayor acumulación de metal en ciertas zonas —una densidad un 11,8% superior—, la resistencia real a los impactos se predijo correctamente.
Cuando aplicamos compresión, la retícula giroidal la convierte en torsión. Al modificar las condiciones de contorno podemos ajustar las características de absorción de energía.
Estos materiales pueden adaptarse y cambiar sus propias características según el tipo y la gravedad del impacto para mitigar sus efectos.
Aplicaciones
Por ahora, la impresión 3D de metales se ha limitado sobre todo a sectores como la aeronáutica y el aeroespacial debido al alto coste inicial de las impresoras metálicas. Esto está cambiando rápidamente a medida que la tecnología madura y la producción aumenta.
«Creemos que el material podría utilizarse en el futuro tanto en la seguridad automovilística como aeroespacial, ofreciendo una nueva clase de material capaz de adaptarse a distintas necesidades.
También podría contribuir al desarrollo de nuevas formas de recolección de energía al convertir los impactos en energía cinética rotacional».
Así, dentro de unos años podríamos ver una nueva clase de materiales adaptativos contra impactos, con absorción de energía, tensión de colapso y rigidez ajustables mediante estructuras giroidales torsionales.
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| Característica | Absorbentes convencionales | Metamateriales CTCM |
|---|---|---|
| Tipo de respuesta | Fuerza‑desplazamiento fija | Compresión‑torsión adaptativa y ajustable |
| Composición del material | Espumas, panales, láminas metálicas | Retículas giroidales impresas en 3D |
| Eficiencia de absorción de energía | Moderada, constante | Alta, variable según el impacto |
| Método de fabricación | Fundición o forja | Fabricación aditiva |
| Usos potenciales | Parachoques, cajas de choque | Protección de choque adaptativa, paneles aeroespaciales |
Al principio, es probable que las aplicaciones se limiten a los sectores ferroviario, aeroespacial y de defensa, y luego se introduzcan en el sector automotriz más amplio, desde modelos de lujo hasta modelos básicos.
Invertir en impresión 3D
Nano Dimension
Nano Dimension (NNDM ) se centró inicialmente en la electrónica impresa en 3D, incluidas tecnologías muy especializadas como tintas conductoras o dieléctricas y cerámicas, que pueden emplearse para fabricar componentes ópticos o de radio.
Esta es una de las posibles aplicaciones de la impresión 3D a nanoescala, tema que analizamos con más detalle en «La impresión 3D a nanoescala parece lista para su comercialización».
NNDM Gráfico de precios
Nano Dimension ha crecido mediante una combinación de adquisiciones e I+D interna. Esta estrategia alcanzó un nuevo nivel con la adquisición de Desktop Metal en 2024.
Juntas, las dos empresas tendrán una posición mucho más sólida en la impresión 3D de metales y cerámicas a todas las escalas, desde la electrónica hasta grandes equipos industriales y aeroespaciales. La unión también crea economías de escala al combinar una base de clientes que incluye SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA y Medtronic, entre otros.
Por último, las dos empresas operaban principalmente en regiones diferentes —Nano Dimension en Europa y Desktop Metal en Estados Unidos—, lo que permite generar sinergias al integrar sus equipos de ventas.
La empresa afirma que puede reducir la huella ambiental de la fabricación un 94% en emisiones de CO2, un 100% en agua, un 98% en materiales y un 82% en productos químicos. En conjunto, esto ha convertido a Nano Dimension en uno de los líderes tecnológicos de la impresión 3D.
Fuente: Nano Dimensions
Otra adquisición que se produjo poco después fue la de Markforged por 115 millones de dólares. Centrada en equipos de fabricación aditiva de materiales compuestos y metales, la operación refuerza aún más la posición de Nano Dimension en el mercado de la impresión 3D metálica.
«La belleza de esta fusión y de Markforged y sus tecnologías es que no se solapan con las nuestras. Las sinergias están en las aplicaciones para empresas similares».
Yoav Stern, director ejecutivo de Nano Dimension
Mediante adquisiciones y desarrollo interno, la empresa también avanza para convertirse en líder del software de impresión 3D.
Sin embargo, los inversores deben tener presente que el sector de la impresión 3D en conjunto todavía registra un flujo de caja negativo. La empresa deberá reducir costes o crecer lo suficiente para alcanzar la rentabilidad en el futuro.
(Para obtener más información, también puede leer nuestro informe de inversión detallado sobre Nano Dimension.)
Últimas noticias y desarrollos de acciones de Nano Dimension (NNDM)
Estudio referenciado:
1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. Metamateriales de torsión adaptativa. Advanced Materials. 22 de octubre de 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714
