Fabrication additive
Les métamatériaux imprimés en 3D pourraient redéfinir la sécurité automobile
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Création de conceptions métalliques
La métallurgie est une technologie en constante évolution depuis le travail rudimentaire des métaux dans les premières civilisations. Jusqu’à récemment, l’essentiel du travail des métaux reposait encore sur des techniques telles que le moulage — métal fondu dans des formes creuses — ou le forgeage, qui façonne le métal par martelage.
L’émergence de la technologie d’impression 3D capable de traiter les matériaux métalliques a ajouté une toute nouvelle méthode de production de composants métalliques, et nous ne sommes qu’au début de la réalisation de son potentiel.
Par exemple, nouveaux alliages de titane, impression 3D infusée d’hydrogène, ou impression géométrique absorbant les vibrations.
Des chercheurs de l’Université de Glasgow (Royaume‑Uni), de l’Université polytechnique des Marches (Italie) et de l’Institut national de physique nucléaire (Italie) ont maintenant créé un nouveau type de métamatériaux torsadés qui pourraient remplacer la façon dont nous construisons les absorbeurs de chocs dans les voitures, en utilisant l’impression 3D.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans Advanced Materials1 sous le titre « Métamatériaux à torsion adaptative ».
Absorption de chocs intégrée
Lorsque les premières automobiles ont été construites, elles n’offraient presque aucune protection contre les collisions. Les premiers absorbeurs de chocs, comme les boîtes d’écrasement et les pare-chocs, fournissaient ensuite une réponse force-déplacement unique pour tous les scénarios de collision.
Les voitures modernes sont conçues de façon à ce que, en cas de collision, leur châssis absorbe spécifiquement la majeure partie de l’énergie cinétique, limitant ainsi la quantité d’énergie transmise aux passagers.
« Le besoin croissant de se conformer à des normes de sécurité de plus en plus strictes et souvent contradictoires a déplacé l’attention vers l’optimisation structurelle des composants sacrificiels, faisant progresser la philosophie de la conception mécanique. »
Avec l’adoption généralisée des ceintures de sécurité, cette innovation a largement contribué à la baisse du nombre de décès dans les accidents automobiles au cours des dernières décennies.
Source : Haug Farrar
Cela a surtout été réalisé grâce à la modification de la géométrie de la structure ou à l’incorporation de différents matériaux au sein d’absorbeurs d’énergie éprouvés afin d’améliorer la dissipation d’énergie.
Toutefois, l’absorption d’énergie tend à rester constante, quel que soit le scénario (par exemple, impact avec un piéton ou un mur), puisque la réponse force–déplacement demeure fixe.
Métamatériaux mécaniques à couplage compression–torsion (CTCM)
Une solution prometteuse pour remplacer les méthodes actuelles d’absorption des chocs réside dans les métamatériaux mécaniques à couplage compression-torsion (CTCM).
Ils sont conçus pour convertir la pression autour de l’axe du matériau en un mouvement de torsion, dans un mouvement en spirale, absorbant ainsi l’énergie de l’impact.
Cela place les métamatériaux CTCM un cran au‑dessus des simples réseaux métalliques, qui ne sont que compressés sous pression.
Ces matériaux exploitent pleinement la capacité de la fabrication additive 3D pour créer des formes et des structures extrêmement complexes, impossibles à réaliser par toute autre méthode.
Source : Advanced Materials
Réactions dépendantes de la force
Les anciens matériaux absorbants se pliaient essentiellement ou ne se pliaient pas. Pour résister à des chocs importants, ils devaient donc souvent opposer aussi une forte résistance aux impacts plus faibles.
« Les matériaux protecteurs utilisés dans la plupart des véhicules aujourd’hui sont statiques, conçus pour des scénarios d’impact spécifiques et incapables de s’adapter à des conditions variables. »
À l’inverse, les formes complexes des métamatériaux CTCM peuvent être réglées avec précision pour répondre à des besoins spécifiques.
Les chercheurs ont conçu une forme capable d’absorber beaucoup d’énergie même lors d’un impact léger, tout en continuant à protéger contre un choc ultérieur à grande vitesse et à haute énergie.
Après la première bande d’écrasement — c’est-à-dire la contrainte initiale d’effondrement —, la ductilité du matériau en feuille gyroidale a permis une réponse stable à la compression sans rupture catastrophique.
Source : Advanced Materials
Cela rendrait les métamatériaux STCM supérieurs aux mousses conventionnelles ou aux zones d’écrasement actuelles, car ils offriraient une résistance plus rigide aux collisions violentes ou un amortissement plus doux pour les impacts légers.
Source : Advanced Materials
Création de nouveaux absorbeurs de chocs
Ce résultat a été obtenu en créant une forme complexe et très poreuse appelée réseau gyroidal. Les chercheurs ont ensuite comparé les pièces réellement imprimées en 3D, analysées par tomodensitométrie, au modèle informatique CAO.
Source : Advanced Materials
Bien que le matériau réel diffère quelque peu du modèle CAO en raison d’une accumulation de métal plus épaisse dans certaines zones — soit une densité supérieure de 11,8 % —, la résistance réelle aux chocs a été correctement prédite.
Lorsque nous appliquons une compression, le réseau gyroidal la transforme en torsion. En modifiant les conditions aux limites, nous pouvons ajuster les caractéristiques d’absorption d’énergie.
Ces matériaux peuvent s’adapter et modifier leurs propres caractéristiques selon le type et la gravité de l’impact afin d’en atténuer les effets.
Applications
Pour l’instant, l’impression 3D métallique est principalement limitée à l’aéronautique et à l’aérospatiale en raison du coût initial élevé des imprimantes 3D métal. Cette situation évolue rapidement, car la technologie arrive à maturité et la production monte en puissance.
« Nous pensons que le matériau pourrait trouver des applications tant dans la sécurité automobile que aérospatiale à l’avenir, offrant une nouvelle classe de matériau capable de s’adapter aux différents besoins selon les exigences.
Elle pourrait également favoriser de nouvelles formes de récupération d’énergie en convertissant les impacts en énergie cinétique de rotation.
Dans quelques années, nous pourrions donc voir apparaître une nouvelle classe de matériaux adaptatifs contre les collisions, dont l’absorption d’énergie, la contrainte d’effondrement et la rigidité seraient réglables grâce à des structures gyroidales torsadées.
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| Caractéristique | Absorbeurs conventionnels | Métamatériaux CTCM |
|---|---|---|
| Type de réponse | Force–déplacement fixe | Compression–torsion adaptative et réglable |
| Composition du matériau | Mousses, nids d’abeille, feuilles métalliques | Grilles gyroidales imprimées en 3D |
| Efficacité d’absorption d’énergie | Modérée, constante | Élevée, variable selon l’impact |
| Méthode de fabrication | Fonderie ou forgeage | Fabrication additive |
| Usages potentiels | Pare-chocs, caisses de choc | Protection de collision adaptative, panneaux aérospatiaux |
Dans un premier temps, les applications devraient rester limitées au ferroviaire, à l’aérospatiale et à la défense, avant de gagner l’ensemble du secteur automobile, des modèles de luxe aux modèles d’entrée de gamme.
Investir dans l’impression 3D
Nano Dimension
Nano Dimension (NNDM ) s’est d’abord concentrée sur l’électronique imprimée en 3D, notamment sur des technologies très spécialisées comme les encres conductrices ou diélectriques et les céramiques, utilisées par exemple pour fabriquer des composants optiques ou radio.
C’est l’une des applications possibles de l’impression 3D à l’échelle nanométrique, que nous avons explorée davantage dans « L’impression 3D à l’échelle nanométrique semble prête pour la commercialisation ».
NNDM Graphique du prix
Il convient de noter que Nano Dimension s’est développée grâce à un mélange d’acquisitions et de R&D interne. Cette stratégie a atteint un nouveau sommet avec l’acquisition de Desktop Metal en 2024 .
Ensemble, les deux sociétés disposeront d’une position beaucoup plus forte dans l’impression 3D de métaux et de céramiques à toutes les échelles, de l’électronique aux équipements industriels de grande taille et à l’aérospatiale. Cela crée également des économies d’échelle en fusionnant la base de clients qui comprend SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, etc.
Enfin, les deux entreprises étaient principalement actives dans des zones géographiques différentes, Nano Dimension en Europe et Desktop Metal aux États‑Unis, ce qui permet une synergie en fusionnant leurs équipes commerciales.
L’entreprise affirme pouvoir réduire l’empreinte écologique de la fabrication, avec une réduction de 94 % des émissions de CO₂, 100 % de l’eau, 98 % des matériaux et 82 % des produits chimiques. Dans l’ensemble, cela a fait de Nano Dimension l’un des leaders technologiques de l’impression 3D.
Source : Nano Dimensions
Une autre acquisition a rapidement suivi : celle de Markforged pour 115 millions de dollars. Axée sur les équipements de fabrication additive en composites et en métaux, cette opération renforce encore la position de Nano Dimension sur le marché de l’impression 3D métallique.
« La beauté de cette fusion et la beauté de Markforged et de leur ensemble de technologies, c’est qu’elles ne se chevauchent pas avec notre technologie. Les synergies résident dans les applications pour des entreprises similaires. »
Yoav Stern — PDG de Nano Dimension
Grâce aux acquisitions et au développement interne, l’entreprise progresse également vers une position de leader des logiciels d’impression 3D.
Cependant, les investisseurs doivent être conscients que l’industrie de l’impression 3D dans son ensemble reste encore déficitaire en trésorerie, de sorte que l’entreprise devra réduire ses coûts ou croître suffisamment pour réaliser un bénéfice à l’avenir.
(Vous pouvez également lire notre rapport d’investissement plus détaillé concernant Nano Dimension pour plus d’informations.)
Dernières nouvelles et développements des actions Nano Dimension (NNDM)
Étude référencée :
1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. Métamatériaux à torsion adaptative. Advanced Materials. 22 octobre 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714
