חומרי מטא מודפסים בתלת מימד יכולים להגדיר מחדש את בטיחות הרכב

יצירת עיצובים ממתכת

מטלורגיה היא טכנולוגיה שהתפתחה ללא הרף מאז תחילת מלאכת המתכת הפרימיטיבית של הציוויליזציה הקדומה. עד לאחרונה, רוב עיבוד המתכת עדיין הסתמך על טכניקות כמו יציקה (התכת מתכת לצורות חלולות) או חישול (חיתוך המתכת בצורה נכונה).

הופעתה של טכנולוגיית הדפסה תלת-ממדית המסוגלת להתמודד עם חומרים מתכתיים הוסיפה שיטה חדשה לגמרי לייצור רכיבים מתכתיים, ואנחנו רק בתחילת מימוש הפוטנציאל שלה.

לדוגמה, סגסוגות טיטניום חדשות, הדפסה תלת-ממדית המועשרת במימן, או הדפסה גיאומטרית סופגת ויברציות.

חוקרים מאוניברסיטת גלזגו (בריטניה), האוניברסיטה הפוליטכנית של מארקה (איטליה) והמכון הלאומי לפיזיקה גרעינית (איטליה) יצרו כעת סוג חדש של מטא-חומרים מעוותים שיכולים להחליף את האופן שבו אנו בונים בולמי זעזועים במכוניות, באמצעות הדפסה תלת-ממדית.

הם פרסמו את תוצאותיהם ב-Advanced Materials¹, תחת הכותרת "מטא-חומרים מסתובבים אדפטיביים".

בלימת זעזועים מובנית

כאשר מכוניות נבנו לראשונה, כמעט ולא הייתה להן הגנה מפני התנגשויות. לאחר מכן, בולמי פגיעות מוקדמים כמו פגושים וארגזי הגנה סיפקו תגובה יחידה של כוח-תזוזה לכל תרחישי ההתנגשות שנתקלו בהם במהלך התנגשויות כלי רכב.

מכוניות מודרניות בנויות באופן שבמקרה של תאונה, שלדתן סופגת באופן ספציפי את רוב האנרגיה הקינטית, ובכך מגבילה את כמות האנרגיה המועברת לנוסעים.

"הצורך הגובר לעמוד בתקני בטיחות מחמירים יותר ויותר, ולעתים קרובות סותרים, הסיט את המיקוד לאופטימיזציה מבנית של רכיבים להקריב, ובכך קידמה את הפילוסופיה של תכנון מכני."

יחד עם האימוץ הנרחב של חגורות בטיחות, חדשנות זו הייתה גורם מרכזי בהפחתת מספר ההרוגים בתאונות דרכים בעשורים האחרונים.

מקור: האוג פאראר

זה הושג בעיקר הודות לשינוי גיאומטריית המבנה או שילוב חומרים שונים יחד בתוך בולמי אנרגיה מוכחים כדי לשפר את פיזור האנרגיה.

ובכל זאת, ספיגת האנרגיה נוטה להיות קבועה, ללא קשר לתרחיש (לדוגמה, פגיעה בהולך רגל או בקיר), מכיוון שתגובת הכוח-תזוזה נשארת קבועה.

מטא-חומרים מכניים לצימוד דחיסה-פיתול (CTCM)

אלטרנטיבה מבטיחה לשיטות הקיימות לבלימת זעזועים היא מטא-חומרים CTCM (צימוד דחיסה-פיתול מכני).

הם נועדו להמיר לחץ סביב ציר החומר לתנועת פיתול, בתנועה דמוית חולץ פקקים, הסופגת את אנרגיית הפגיעה.

זה מציב את המטא-חומרים של CTCM צעד אחד קדימה על פני סריגי מתכת פשוטים, אשר פשוט נדחסים תחת לחץ.

חומרים אלה ממנפים באופן מלא את יכולות ייצור ההדפסה התלת-ממדית ליצירת צורות ומבנים מורכבים ביותר, אשר בלתי אפשרי לבנות בכל שיטה אחרת.

מקור: חומרים מתקדמים

תגובות תלויות כוח

חומרים קודמים לבלימת זעזועים היו למעשה מתכופפים או לא. לכן, כדי שיוכלו להתמודד עם זעזועים גדולים, לעתים קרובות הם היו צריכים לעמוד בפני זעזועים קטנים יותר.

"חומרי המגן המשמשים ברוב כלי הרכב כיום הם סטטיים, מיועדים לתרחישי פגיעה ספציפיים ואינם מסוגלים להסתגל לתנאים משתנים."

פרופסור שאנמוגאם קומאר - אוניברסיטת גלזגו

במקום זאת, ניתן לכוונן את הצורות המורכבות של מטא-חומרים של STCM לדרישות ספציפיות.

החוקרים תכננו צורה שיכולה לספוג אנרגיה רבה אפילו עבור פגיעה קטנה, אך עדיין לספק הגנה מפני פגיעה במהירות גבוהה/אנרגיה גבוהה בהמשך.

לאחר פס הריסוק הראשון (כלומר, מאמץ הקריסה ההתחלתי), הגמישות של חומר יריעת הגירואיד אפשרה תגובת דחיסה יציבה ללא כשל קטסטרופלי.

מקור: חומרים מתקדמים

זה יגרום למטא-חומרים של STCM להיות עדיפים על קצף קונבנציונלי או אזורי קמטים, מכיוון שהם יספקו עמידות נוקשה יותר להתנגשויות חזקות או ריפוד רך יותר לפגיעות קלות יותר.

מקור: חומרים מתקדמים

יצירת בולמי זעזועים חדשים

תוצאה זו הושגה על ידי יצירת צורה מורכבת ונקבובית ביותר המכונה סריג גירואידי. לאחר מכן הם השוו את החלקים בפועל שיוצרו באמצעות הדפסה תלת-ממדית, ונותחו באמצעות סריקת CT, למודל מחשב CAD.

מקור: חומרים מתקדמים

למרות שהחומר האמיתי שונה במקצת ממודל ה-CAD, עקב הצטברות מתכת עבה יותר באזורים מסוימים (צפיפות גבוהה יותר ב-11.8%), עמידות הזעזועים בפועל ניבאה נכון.

כאשר אנו מפעילים דחיסה, סריג הגירואיד מתרגם אותה לפיתול, ועל ידי שינוי תנאי הגבול, אנו יכולים לכוונן את מאפייני ספיגת האנרגיה.

חומרים אלה יכולים להסתגל ולשנות את מאפייניהם בהתאם לסוג הפגיעה וחומרתה כדי למתן את ההשפעות.

פרופסור שאנמוגאם קומאר - אוניברסיטת גלזגו

יישומים

נכון לעכשיו, הדפסה תלת-ממדית של מתכת הוגבלה בעיקר לתעשיות כמו אווירונאוטיקה וחלל, עקב העלויות הראשוניות הגבוהות של מדפסות תלת-ממד ממתכת. מצב זה משתנה במהירות, שכן הטכנולוגיה מתבגרת והייצור גדל.

"אנו מאמינים שהחומר יוכל למצוא יישומים הן בבטיחות הרכב והן בתעשיית התעופה והחלל בעתיד, ויספק סוג חדש של חומר המסוגל להסתגל לצרכים שונים לפי הצורך."

זה יכול גם לתמוך בפיתוח של צורות חדשות של קצירת אנרגיה, על ידי המרת פגיעות לאנרגיה קינטית סיבובית."

פרופסור שאנמוגאם קומאר - אוניברסיטת גלזגו

אז בעוד כמה שנים, נוכל לראות סוג חדש של חומרים אדפטיביים כנגד התרסקות עם ספיגת אנרגיה מתכווננת, מאמץ קריסה וקשיחות הנשלטים באמצעות מבני גירויאידים מתפתלים.

החלק כדי לגלול →

בתחילה, סביר להניח שהיישומים יוגבלו ליישומי רכבת, תעופה וחלל וביטחון, ולאחר מכן ימצאו את דרכם למגזר הרכב הרחב יותר, מדגמי יוקרה ועד דגמים בסיסיים.

השקעה בהדפסת תלת מימד

מימד ננו

ננו דיימנשן התמקדה בתחילה באלקטרוניקה מודפסת בתלת מימד. זה כולל טכנולוגיות מיוחדות מאוד כמו דיו מוליך או דיאלקטרי וקרמיקה. אלה יכולים, למשל, לשמש לבניית רכיבים אופטיים או רדיו.

זהו אחד מהיישומים האפשריים של הדפסת תלת מימד בקנה מידה ננו, אותו חקרנו עוד ב"הדפסה תלת מימדית בקנה מידה ננו נראית מוכנה למסחור".

ראוי לציין כי ננו דיימנשן צמחה באמצעות שילוב של רכישות ומחקר ופיתוח פנימי. אסטרטגיה זו הגיעה לשיא חדש עם רכישת Desktop Metal בשנת 2024.

יחד, לשתי החברות יהיה מעמד חזק הרבה יותר בהדפסה תלת-ממדית של מתכת וקרמיקה בכל קנה המידה, החל מאלקטרוניקה ועד ציוד תעשייתי גדול וחלל. זה גם יוצר יתרונות לגודל על ידי מיזוג בסיס הלקוחות הכולל את SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic ועוד.

לבסוף, שתי החברות היו פעילות בעיקר באזורים גיאוגרפיים שונים, עם Nano Dimension באירופה ו-Desktop Metal בארה"ב, מה שאפשרו סינרגיה על ידי מיזוג צוותי המכירות שלהן.

החברה טוענת כי היא יכולה להפחית את טביעת הרגל האקולוגית של הייצור, עם הפחתה של 94% בפליטות CO2, 100% בפליטות מים, 98% בחומרים ו-82% בפליטות כימיקלים. בסך הכל, זה הפך את ננו דיימנשן לאחת ממובילות הטכנולוגיה בתחום ההדפסה התלת-ממדית.

מקור: ננו מימדים

אחר רכישה שזה עתה אחריו היה זה של Markforged תמורת 115 מיליון דולרעם התמקדות בציוד לייצור קומפוזיטים ומתכת, רכישת Markforged מחזקת עוד יותר את מעמדה של ננו דיימנשן בשוק הדפסת התלת-ממד של מתכת.

"היופי של המיזוג הזה והיופי של Markforged ושל מערך הטכנולוגיות שלהם הוא שהם לא חופפים לטכנולוגיה שלנו. הסינרגיה היא באפליקציות של חברות דומות".

יואב שטרן- מנכ"ל ננו מימד

החברה גם, באמצעות רכישות ופיתוח פנימי, מתקדמת בהפיכתה למובילה בתחום תוכנות הדפסה תלת-ממדיות.

עם זאת, משקיעים צריכים להיות מודעים לכך שתעשיית הדפסת התלת-ממד בכללותה עדיין סובלת ממצב שלילי בתזרים מזומנים, ולכן החברה תצטרך לקצץ בעלויות או לצמוח מספיק כדי להרוויח בעתיד.

(אפשר גם לקרוא דוח השקעות מפורט יותר בנוגע לננו דיימנשן למידע נוסף.)

חדשות והתפתחויות אחרונות במניות ננו דיימנשן (NNDM)

מחקר שאליו התייחסו:

^{1. מתיה אוצרי, מריה ל. גאטו, אדוארדו מנצ'יני, דונאטו אורלנדי, דניאל קורטיס, מרקו סאסו, שנמוגם קומאר. . מטא-חומרים מתפתלים אדפטיביים. חומרים מתקדמים. 22 באוקטובר 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714}