Produzione additiva
Metamateriali Stampati in 3D Potrebbero Ridefinire la Sicurezza delle Auto
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Creazione di progetti metallici
La metallurgia è una tecnologia in continua evoluzione sin dall’artigianato metallico primitivo delle prime civiltà. Fino a poco tempo fa, la maggior parte delle lavorazioni metalliche dipendeva ancora da tecniche come lo stampaggio (fusione del metallo in forme cave) o la forgiatura (battitura del metallo per dargli forma).
L’avvento della tecnologia di stampa 3D in grado di gestire materiali metallici ha aggiunto un metodo completamente nuovo per produrre componenti metallici, e siamo solo all’inizio di comprenderne il potenziale.
Ad esempio, nuove leghe di titanio, stampa 3D infusa con idrogeno, o stampa geometrica che assorbe le vibrazioni.
Ricercatori dell’Università di Glasgow (UK), dell’Università Politecnica delle Marche (Italia) e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Italia) hanno ora creato un nuovo tipo di metamateriali torcenti che potrebbero sostituire il modo in cui costruiamo gli ammortizzatori nelle auto, utilizzando la stampa 3D.
Hanno pubblicato i loro risultati su Advanced Materials1, con il titolo “Adaptive Twisting Metamaterials”.
Assorbimento degli urti integrato
Quando le auto furono costruite per la prima volta, avevano quasi nessuna protezione contro gli incidenti. Poi, i primi assorbitori d’impatto come le scatole di crash e i paraurti fornivano una risposta forza‑spostamento unica per tutti gli scenari di collisione incontrati.
Le auto moderne sono costruite in modo tale che, in caso di incidente, il loro telaio assorbe specificamente la maggior parte dell’energia cinetica, limitando la quantità di energia trasferita ai passeggeri.
“La crescente necessità di conformarsi a standard di sicurezza sempre più stringenti e spesso conflittuali ha spostato l’attenzione verso l’ottimizzazione strutturale dei componenti sacrificali, avanzando la filosofia del design meccanico.”
Insieme alla diffusione delle cinture di sicurezza, questa innovazione è stata un motore fondamentale nella riduzione delle vittime negli incidenti automobilistici negli ultimi decenni.
Fonte: Haug Farrar
Ciò è stato ottenuto principalmente modificando la geometria della struttura o incorporando diversi materiali all’interno di assorbitori di energia comprovati per migliorare la dissipazione dell’energia.
Tuttavia, l’assorbimento di energia tende a rimanere costante, indipendentemente dallo scenario (ad esempio, impatto con un pedone o con un muro), poiché la risposta forza‑spostamento rimane fissa.
Metamateriali Meccanici a Coppia Compressione‑Torsione (CTCM)
Una promettente alternativa ai metodi attuali per assorbire gli urti sono i metamateriali CTCM (Compression–Torsion Coupling Mechanical).
Essi sono progettati per convertire la pressione attorno all’asse del materiale in un movimento di torsione, in un moto a spirale, assorbendo l’energia dell’impatto.
Questo pone i metamateriali CTCM un passo avanti rispetto alle semplici maglie metalliche, che si comprimono semplicemente sotto pressione.
Questi materiali sfruttano appieno la capacità della produzione additiva 3D di creare forme e strutture estremamente complesse, impossibili da realizzare con qualsiasi altro metodo.
Fonte: Advanced Materials
Reazioni dipendenti dalla forza
I materiali assorbitori di urti precedenti si piegavano o meno. Per gestire urti maggiori, spesso dovevano resistere a quelli più piccoli.
“I materiali protettivi usati nella maggior parte dei veicoli oggi sono statici, progettati per scenari di impatto specifici e incapaci di adattarsi a condizioni variabili.”
Invece, le forme complesse dei metamateriali STCM possono essere perfezionate per requisiti specifici.
I ricercatori hanno progettato una forma che può assorbire molta energia anche per un piccolo impatto, ma che fornisce comunque protezione contro impatti ad alta velocità/alta energia in seguito.
Seguendo la prima banda di schiacciamento (cioè lo stress di collasso iniziale), la duttilità del materiale a foglio gyroid ha consentito una risposta compressiva stabile senza fallimento catastrofico.
Fonte: Advanced Materials
Ciò renderebbe i metamateriali STCM superiori alle schiume convenzionali o alle zone di deformazione attuali, poiché offrirebbero una resistenza più rigida alle collisioni pesanti o un ammortizzamento più morbido per impatti leggeri.
Fonte: Advanced Materials
Creazione di nuovi ammortizzatori
Questo risultato è stato ottenuto creando una forma complessa e altamente porosa nota come reticolo gyroid. Hanno poi confrontato le parti reali prodotte con stampa 3D, analizzate con una scansione TC, con il modello CAD.
Fonte: Advanced Materials
Sebbene il materiale reale differisse leggermente dal modello CAD, a causa di un accumulo di metallo più spesso in alcune aree (densità superiore dell’11,8%), la resistenza reale agli urti è stata prevista correttamente.
Quando applichiamo compressione, il reticolo gyroid la trasforma in torsione, e modificando le condizioni al contorno possiamo regolare le caratteristiche di assorbimento energetico.
Questi materiali possono adattarsi e modificare le proprie caratteristiche a seconda del tipo e della gravità dell’impatto per mitigare gli effetti.
Applicazioni
Per ora, la stampa 3D metallica è stata per lo più confinata a settori come l’aeronautica e l’aerospazio, a causa dei costi iniziali elevati delle stampanti 3D metalliche. Questo sta cambiando rapidamente, poiché la tecnologia sta maturando e la produzione sta scalando.
“Crediamo che il materiale possa trovare applicazioni sia nella sicurezza automobilistica sia in quella aerospaziale in futuro, fornendo una nuova classe di materiale capace di adattarsi a diverse esigenze secondo necessità.
Potrebbe anche supportare lo sviluppo di nuove forme di recupero energetico, convertendo gli impatti in energia cinetica rotazionale.”
Quindi, tra pochi anni, potremmo vedere una nuova classe di materiali adattivi contro gli incidenti, con assorbimento energetico, stress di collasso e rigidità regolabili tramite strutture gyroidali torcenti.
Scorri per visualizzare →
| Caratteristica | Assorbitori convenzionali | Metamateriali CTCM |
|---|---|---|
| Tipo di risposta | Forza–spostamento fissa | Compressione–torsione adattiva e regolabile |
| Composizione del materiale | Schiume, nidi d’ape, lamiere metalliche | Lattice gyroidali stampati in 3D |
| Efficienza di assorbimento energetico | Moderata, costante | Elevata, variabile per impatto |
| Metodo di produzione | Colata o forgiatura | Produzione additiva |
| Usi potenziali | Paraurti, scatole di assorbimento | Protezione antiurto adattiva, pannelli aerospaziali |
Inizialmente, le applicazioni saranno probabilmente limitate a settori ferroviari, aerospaziali e della difesa, per poi passare al più ampio settore automobilistico, dai modelli di lusso a quelli di base.
Investire nella stampa 3D
Nano Dimension
Nano Dimension (NNDM ) si è inizialmente concentrata sulla stampa 3D di componenti elettronici. Ciò include tecnologie molto specializzate come inchiostri conduttivi o dielettrici e ceramiche. Questi possono, ad esempio, essere usati per costruire componenti ottici o radio.
Questa è una delle possibili applicazioni della stampa 3D su scala nanometrica, che abbiamo approfondito in “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.
NNDM Grafico dei prezzi
È degno di nota che Nano Dimension è cresciuta attraverso una combinazione di acquisizioni e R&D interno. Questa strategia ha raggiunto un nuovo picco con l’acquisizione di Desktop Metal nel 2024 .
Insieme, le due aziende avranno una posizione molto più forte nella stampa 3D di metalli e ceramiche a tutte le scale, dall’elettronica alle grandi attrezzature industriali e aerospaziali. Questo crea anche economie di scala unendo la base clienti che include SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, ecc.
Infine, le due aziende operavano principalmente in aree geografiche diverse, con Nano Dimension in Europa e Desktop Metal negli Stati Uniti, consentendo sinergie fondendo i rispettivi team di vendita.
L’azienda afferma di poter ridurre l’impronta ecologica della produzione, con una riduzione del 94 % delle emissioni di CO₂, del 100 % dell’acqua, del 98 % dei materiali e dell’82 % dei prodotti chimici. Complessivamente, questo ha fatto emergere Nano Dimension come uno dei leader tecnologici nella stampa 3D.
Fonte: Nano Dimensions
Un’altra acquisizione che è seguita subito è stata quella di Markforged per 115 M$. Con un focus su attrezzature di produzione additiva composita e metallica, l’acquisizione di Markforged rafforza ulteriormente la posizione di Nano Dimension nel mercato della stampa 3D metallica.
“La bellezza di questa fusione e la bellezza di Markforged e del loro set di tecnologie è che non si sovrappongono alla nostra tecnologia. Le sinergie sono nelle applicazioni per aziende simili.”
Yoav Stern- Nano Dimension CEO
L’azienda sta anche, attraverso acquisizioni e sviluppo interno, progredendo verso la leadership nel software per la stampa 3D.
Tuttavia, gli investitori devono essere consapevoli che l’intero settore della stampa 3D è ancora negativo in termini di flusso di cassa, quindi l’azienda dovrà ridurre i costi o crescere sufficientemente per generare profitto in futuro.
(Puoi anche leggere il nostro rapporto di investimento più dettagliato su Nano Dimension per ulteriori informazioni.)
Ultime notizie e sviluppi su Nano Dimension (NNDM) Stock
Studio citato:
1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . Adaptive Twisting Metamaterials. Advanced Materials. 22 ottobre 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714
