Manufaktur aditif

Metamaterial Cetak 3D Dapat Mendefinisikan Ulang Keamanan Mobil

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Membuat Desain Logam

Metallurgi adalah teknologi yang terus berkembang sejak kerajinan logam primitif pada peradaban awal. Sampai baru-baru ini, sebagian besar pekerjaan logam masih bergantung pada teknik seperti pencetakan (melelehkan logam menjadi bentuk berongga) atau penempaan (memukul logam hingga berbentuk).

Kemunculan teknologi pencetakan 3D yang dapat menangani bahan logam menambahkan metode baru sepenuhnya untuk memproduksi komponen logam, dan kami baru berada pada awal realisasi potensinya.

Misalnya, paduan titanium baru, pencetakan 3D berinfusi hidrogen, atau pencetakan geometris yang menyerap getaran.

Peneliti di University of Glasgow (UK), Polytechnic University of Marche (Italia), dan National Institute for Nuclear Physics (Italia) kini telah menciptakan jenis metamaterial berpilin baru yang dapat menggantikan cara kita membangun peredam kejut pada mobil, menggunakan pencetakan 3D.

Mereka mempublikasikan hasilnya di Advanced Materials1, dengan judul “Adaptive Twisting Metamaterials”.

Penyerapan Kejut Terintegrasi

Ketika mobil pertama kali dibuat, mereka hampir tidak memiliki perlindungan terhadap tabrakan. Kemudian, peredam benturan awal seperti kotak tabrakan dan bumper menyediakan respons gaya–perpindahan tunggal untuk semua skenario tabrakan yang dihadapi selama kecelakaan kendaraan.

Mobil modern dibangun sedemikian rupa sehingga, dalam kasus tabrakan, rangka mereka secara khusus menyerap sebagian besar energi kinetik, membatasi jumlah energi yang ditransfer ke penumpang.

“Kebutuhan yang semakin besar untuk mematuhi standar keselamatan yang semakin ketat dan seringkali bertentangan telah mengalihkan fokus menuju optimisasi struktural komponen pengorbanan, memajukan filosofi desain mekanik.”

Bersama dengan adopsi luas sabuk pengaman, inovasi ini telah menjadi pendorong utama dalam pengurangan kematian akibat kecelakaan mobil dalam beberapa dekade terakhir.

Source: Haug Farrar

Hal ini sebagian besar dicapai berkat modifikasi geometri struktur atau penggabungan bahan berbeda dalam peredam energi yang terbukti untuk meningkatkan disipasi energi.

Namun, penyerapan energi cenderung konstan, tidak peduli skenarionya (misalnya, benturan dengan pejalan kaki atau dinding), karena respons gaya–perpindahan tetap tetap.

Metamaterial Mekanik Kopling Kompresi–Torsi (CTCM)

Alternatif menjanjikan untuk metode saat ini dalam menyerap kejut adalah metamaterial CTCM (Compression–Torsion Coupling Mechanical).

Mereka dirancang untuk mengubah tekanan di sekitar sumbu material menjadi gerakan torsi, dalam gerakan mirip sekrup, menyerap energi benturan.

Hal ini menempatkan metamaterial CTCM selangkah lebih maju dibandingkan kisi logam sederhana, yang hanya terkompresi di bawah tekanan.

Material ini sepenuhnya memanfaatkan kemampuan manufaktur pencetakan 3D untuk menciptakan bentuk dan struktur yang sangat kompleks, yang tidak mungkin dibangun dengan metode lain.

Reaksi Bergantung pada Gaya

Material peredam kejut sebelumnya pada dasarnya hanya dapat melengkung atau tidak. Jadi untuk menangani kejut besar, mereka sering harus menahan yang lebih kecil.

“Material pelindung yang digunakan di sebagian besar kendaraan saat ini bersifat statis, dirancang untuk skenario benturan spesifik dan tidak dapat beradaptasi dengan kondisi yang berubah-ubah.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Sebaliknya, metamaterial STCM dengan bentuk kompleks dapat disesuaikan dengan kebutuhan spesifik.

Para peneliti merancang bentuk yang dapat menyerap banyak energi bahkan untuk benturan kecil, namun tetap memberikan perlindungan terhadap benturan berkecepatan tinggi/energi tinggi di kemudian hari.

Setelah pita hancur pertama (yaitu, stres kolaps awal), duktibilitas material lembaran gyroid memungkinkan respons kompresi yang stabil tanpa kegagalan katastrofik.

Hal ini akan membuat metamaterial STCM lebih unggul dibandingkan busa konvensional atau zona remuk saat ini, karena mereka akan memberikan resistensi lebih kaku terhadap tabrakan berat atau bantalan lebih lembut untuk benturan ringan.

Menciptakan Peredam Kejut Baru

Hasil ini dicapai dengan menciptakan bentuk berpori tinggi yang kompleks yang dikenal sebagai kisi gyroid. Mereka kemudian membandingkan bagian nyata yang diproduksi dengan pencetakan 3D, dianalisis dengan pemindaian CT, dengan model CAD komputer.

Meskipun material nyata agak berbeda dari model CAD, karena akumulasi logam yang lebih tebal di beberapa area (densitas 11,8% lebih tinggi), resistensi kejut yang sebenarnya diprediksi dengan tepat.

Saat kami menerapkan kompresi, kisi gyroid mengubahnya menjadi putaran, dan dengan mengubah kondisi batas, kami dapat menyetel karakteristik penyerapan energi.

Material ini dapat beradaptasi dan mengubah karakteristiknya sendiri tergantung pada jenis dan tingkat keparahan benturan untuk mengurangi dampaknya.

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Aplikasi

Untuk saat ini, pencetakan 3D logam sebagian besar masih terbatas pada industri seperti aeronautika dan dirgantara, karena biaya awal printer 3D logam yang tinggi. Hal ini berubah dengan cepat, karena teknologi kini semakin matang dan produksi mulai berskala.

“Kami percaya material ini dapat menemukan aplikasi baik di keselamatan otomotif maupun dirgantara di masa depan, menyediakan kelas material baru yang mampu beradaptasi dengan kebutuhan yang berbeda sesuai keperluan.

Material ini juga dapat mendukung pengembangan bentuk baru pengambilan energi, dengan mengubah benturan menjadi energi kinetik rotasi.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Jadi dalam beberapa tahun, kita dapat melihat kelas material adaptif baru terhadap tabrakan dengan penyerapan energi yang dapat disetel, stres kolaps, dan kekakuan yang dikendalikan melalui struktur gyroid berpilin.

Geser untuk menggulir →

Fitur Peredam Konvensional Metamaterial CTCM
Tipe Respons Gaya–perpindahan tetap Adaptif, dapat disetel kompresi–torsi
Komposisi Material Busa, sarang lebah, lembaran logam Lattice gyroid cetak 3D
Efisiensi Penyerapan Energi Sedang, konstan Tinggi, variabel per benturan
Metode Manufaktur Pengecoran atau penempaan Manufaktur aditif
Penggunaan Potensial Bumper, kotak benturan Perlindungan tabrakan adaptif, panel dirgantara

Pada awalnya, aplikasi kemungkinan akan terbatas pada aplikasi kereta api, dirgantara, dan pertahanan, kemudian menyusul ke sektor otomotif yang lebih luas, dari model mewah hingga model dasar.

Berinvestasi dalam Pencetakan 3D

Nano Dimension

Nano Dimension awalnya fokus pada elektronik cetak 3D. Ini mencakup teknologi sangat khusus seperti tinta konduktif atau dielektrik & keramik. Ini dapat, misalnya, digunakan untuk membangun komponen optik atau radio.

Ini adalah salah satu aplikasi potensial pencetakan 3D pada skala nano, yang kami jelajahi lebih lanjut dalam “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.

(NNDM )

Secara mencolok, Nano Dimension telah tumbuh melalui kombinasi akuisisi dan R&D internal. Strategi ini mencapai puncak baru dengan akuisisi Desktop Metal pada 2024.

Bersama, kedua perusahaan akan memiliki posisi jauh lebih kuat dalam pencetakan 3D logam dan keramik di semua skala, dari elektronik hingga peralatan industri besar dan dirgantara. Ini juga menciptakan ekonomi skala dengan menggabungkan basis pelanggan yang mencakup SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, dll.

Akhirnya, kedua perusahaan sebagian besar beroperasi di wilayah geografis yang berbeda, dengan Nano Dimension di Eropa dan Desktop Metal di AS, memungkinkan sinergi dengan menggabungkan tim penjualan mereka.

Perusahaan mengklaim dapat mengurangi jejak ekologi manufaktur, dengan pengurangan 94% emisi CO2, 100% dalam penggunaan air, 98% dalam bahan, dan 82% dalam bahan kimia. Secara keseluruhan, hal ini menjadikan Nano Dimension muncul sebagai salah satu pemimpin teknologi dalam pencetakan 3D.

Akuisisi lain yang baru saja terjadi adalah akuisisi Markforged senilai $115M. Dengan fokus pada peralatan manufaktur aditif komposit dan logam, akuisisi Markforged lebih memperkuat posisi Nano Dimension di pasar pencetakan 3D logam.

“Keindahan merger ini dan keindahan Markforged serta rangkaian teknologinya adalah bahwa mereka tidak tumpang tindih dengan teknologi kami. Sinergi terletak pada aplikasi untuk perusahaan serupa.”

Yoav Stern- CEO Nano Dimension
Perusahaan juga, melalui akuisisi dan pengembangan internal, sedang maju menjadi pemimpin dalam perangkat lunak pencetakan 3D.

Namun, investor perlu menyadari bahwa industri pencetakan 3D secara keseluruhan masih negatif arus kas, sehingga perusahaan akan perlu memangkas biaya atau tumbuh cukup untuk menghasilkan keuntungan di masa depan.

(Anda juga dapat membaca laporan investasi kami yang lebih detail mengenai Nano Dimension untuk informasi lebih lanjut.)

Berita Saham dan Perkembangan Terbaru Nano Dimension (NNDM)

Studi Dirujuk:

1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . Adaptive Twisting Metamaterials. Advanced Materials. 22 Oktober 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714

mm

Jonathan adalah seorang peneliti biokimia yang telah bekerja di bidang analisis genetik dan uji klinis. Sekarang, ia adalah seorang analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century".