3D-geprinte metamaterialen zouden de autoveiligheid kunnen herdefiniëren.

Het creëren van metalen ontwerpen

Metallurgie is een technologie die zich voortdurend heeft ontwikkeld sinds de primitieve metaalbewerking van de vroege beschavingen. Tot voor kort was de meeste metaalbewerking nog afhankelijk van technieken zoals gieten (het smelten van metaal tot holle vormen) of smeden (het hameren van metaal in de gewenste vorm).

De opkomst van 3D-printtechnologie die metalen materialen kan verwerken, heeft een geheel nieuwe methode toegevoegd aan de productie van metalen onderdelen, en we staan ​​nog maar aan het begin van het benutten van het potentieel ervan.

Bijvoorbeeld nieuwe titaniumlegeringen, 3D-printen met waterstofof geometrische printtechniek die trillingen absorbeert.

Onderzoekers van de Universiteit van Glasgow (VK), de Polytechnische Universiteit van Marche (Italië) en het Nationaal Instituut voor Kernfysica (Italië) hebben een nieuw type gedraaide metamaterialen ontwikkeld die, met behulp van 3D-printing, de manier waarop we schokdempers in auto's maken, zouden kunnen vervangen.

Ze publiceerden hun resultaten in Advanced Materials.¹, onder de titel "Adaptieve draaiende metamaterialen'.

Ingebouwde schokdemping

Toen auto's voor het eerst werden gebouwd, boden ze vrijwel geen bescherming tegen botsingen. Vroege schokdempers, zoals kreukelzones en bumpers, zorgden vervolgens voor één enkele kracht-verplaatsingsreactie voor alle mogelijke botsingsscenario's.

Moderne auto's zijn zo gebouwd dat bij een botsing het frame specifiek het grootste deel van de kinetische energie absorbeert, waardoor de hoeveelheid energie die op de passagiers wordt overgedragen, wordt beperkt.

"De toenemende noodzaak om te voldoen aan steeds strengere en vaak tegenstrijdige veiligheidsnormen heeft de aandacht verlegd naar de structurele optimalisatie van opofferingsonderdelen, waardoor de filosofie van mechanisch ontwerp verder wordt ontwikkeld."

Samen met de wijdverbreide invoering van veiligheidsgordels is deze innovatie een belangrijke factor geweest in de daling van het aantal dodelijke slachtoffers bij auto-ongelukken in de afgelopen decennia.

Bron: Haug Farrar

Dit is grotendeels bereikt door de geometrie van de structuur aan te passen of door verschillende materialen te combineren in beproefde energieabsorbers om de energieafvoer te verbeteren.

Desondanks blijft de energieabsorptie doorgaans constant, ongeacht het scenario (bijvoorbeeld een botsing met een voetganger of een muur), aangezien de kracht-verplaatsingsrespons onveranderd blijft.

Compressie-torsiekoppeling mechanische (CTCM) metamaterialen

Een veelbelovend alternatief voor de huidige methoden om schokken op te vangen, zijn CTCM-metamaterialen (Compression–Torsion Coupling Mechanical).

Ze zijn ontworpen om de druk rond de as van het materiaal om te zetten in een torsiebeweging, in een kurkentrekkerachtige beweging, waardoor de impactenergie wordt geabsorbeerd.

Dit plaatst CTCM-metamaterialen een stap voor op eenvoudige metalen roosters, die simpelweg onder druk worden samengedrukt.

Deze materialen benutten de mogelijkheden van 3D-printen ten volle om extreem complexe vormen en structuren te creëren die met geen enkele andere methode te realiseren zouden zijn.

Bron: Geavanceerde materialen

Krachtafhankelijke reacties

Eerdere schokabsorberende materialen bogen in principe óf mee, óf niet. Om grote schokken op te vangen, moesten ze dus vaak ook kleinere schokken kunnen weerstaan.

"De beschermende materialen die tegenwoordig in de meeste voertuigen worden gebruikt, zijn statisch, ontworpen voor specifieke botsingsscenario's en niet in staat zich aan te passen aan wisselende omstandigheden."

Professor Shanmugam Kumar - Universiteit van Glasgow

De complexe vormen van STCM-metamaterialen kunnen daarentegen nauwkeurig worden afgestemd op specifieke eisen.

De onderzoekers ontwierpen een vorm die zelfs bij een kleine impact veel energie kan absorberen, maar die tegelijkertijd bescherming biedt tegen latere impacts met hoge snelheid en hoge energie.

Na de eerste drukgolf (oftewel de initiële bezwijkspanning) zorgde de vervormbaarheid van het gyroid-plaatmateriaal voor een stabiele drukrespons zonder catastrofale breuk.

Bron: Geavanceerde materialen

Dit zou STCM-metamaterialen superieur maken aan de huidige conventionele schuimsoorten of kreukelzones, omdat ze een stijvere weerstand zouden bieden bij zware botsingen of een zachtere demping bij lichtere impacts.

Bron: Geavanceerde materialen

Het ontwikkelen van nieuwe schokdempers

Dit resultaat werd bereikt door een complexe, zeer poreuze structuur te creëren, een zogenaamd gyroidrooster. Vervolgens vergeleken ze de daadwerkelijk geproduceerde onderdelen met 3D-printen, geanalyseerd met een CT-scan, met het CAD-computermodel.

Bron: Geavanceerde materialen

Hoewel het werkelijke materiaal enigszins afweek van het CAD-model, doordat de metaalafzetting op sommige plaatsen dikker was (11.8% hogere dichtheid), werd de werkelijke schokbestendigheid correct voorspeld.

Wanneer we compressie toepassen, zet het gyroidrooster dit om in torsie, en door de randvoorwaarden te veranderen, kunnen we de energieabsorptiekarakteristieken afstemmen.

Deze materialen kunnen zich aanpassen en hun eigen eigenschappen veranderen afhankelijk van het type en de ernst van de impact om de effecten te verzachten.

Professor Shanmugam Kumar - Universiteit van Glasgow

Toepassingen

Tot nu toe was 3D-printen met metaal vooral beperkt tot sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, vanwege de aanvankelijk hoge kosten van metaal 3D-printers. Dit verandert echter snel, nu de technologie volwassener wordt en de productie wordt opgeschaald.

"Wij zijn van mening dat het materiaal in de toekomst toepassingen kan vinden in zowel de automobiel- als de luchtvaartveiligheid, en zo een geheel nieuwe materiaalklasse kan vormen die zich naar behoefte aan verschillende behoeften kan aanpassen."

Het zou ook de ontwikkeling van nieuwe vormen van energieopwekking kunnen ondersteunen, door botsingen om te zetten in rotatiekinetische energie.

Professor Shanmugam Kumar - Universiteit van Glasgow

Over een paar jaar zouden we dus een nieuwe klasse adaptieve materialen kunnen zien die bestand zijn tegen botsingen, met instelbare energieabsorptie, bezwijkspanning en stijfheid, geregeld door middel van gedraaide gyroidstructuren.

Veeg om te scrollen →

In eerste instantie zullen de toepassingen waarschijnlijk beperkt blijven tot de spoorweg-, lucht- en ruimtevaart- en defensiesector, om vervolgens hun weg te vinden naar de bredere automobielsector, van luxe modellen tot basismodellen.

Investeren in 3D-printen

Nano-dimensie

Nano Dimension richtte zich aanvankelijk op 3D-geprinte elektronica. Dit omvat zeer gespecialiseerde technologieën zoals geleidende of diëlektrische inkten en keramiek. Deze kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt voor het bouwen van optische of radio-componenten.

Dit is een van de mogelijke toepassingen van 3D-printen op nanoschaal, die we verder hebben onderzocht in “3D-printen op nanoschaal lijkt klaar voor commercialisering'.

Opvallend is dat Nano Dimension is gegroeid door een combinatie van overnames en interne R&D. Deze strategie bereikte een nieuw hoogtepunt met de overname van Desktop Metal in 2024.

Samen zullen de twee bedrijven een veel sterkere positie innemen in 3D-printen van metaal en keramiek op alle schalen, van elektronica tot grote industriële apparatuur en de lucht- en ruimtevaart. Dit creëert ook schaalvoordelen door de samenvoeging van het klantenbestand, waaronder SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, enz.

Ten slotte waren de twee bedrijven vooral actief in verschillende geografische gebieden, met Nano Dimension in Europa en Desktop Metal in de VS, waardoor synergie mogelijk werd gemaakt door hun verkoopteams samen te voegen.

Het bedrijf beweert de ecologische voetafdruk van de productie te kunnen verkleinen, met een reductie van 94% in CO2-uitstoot, 100% in waterverbruik, 98% in materiaalverbruik en 82% in chemicaliën. Dit alles heeft Nano Dimension tot een van de technologische leiders in 3D-printen gemaakt.

Bron: Nano-afmetingen

Nog een acquisitie wat daarop volgde was dat van Markforged voor $115 miljoenMet een focus op apparatuur voor de additieve productie van composieten en metalen, versterkt de overname van Markforged de positie van Nano Dimension op de markt voor 3D-metaalprinten.

"Het mooie van deze fusie en het mooie van Markforged en hun set technologieën is dat ze niet overlappen met onze technologie. De synergieën zitten in de toepassingen voor vergelijkbare bedrijven."

Yoav Stern - CEO van Nano Dimension

Het bedrijf werkt er, door middel van overnames en interne ontwikkeling, ook aan om een ​​leider te worden in 3D-printsoftware.

Beleggers moeten er echter rekening mee houden dat de 3D-printindustrie als geheel nog steeds een negatieve kasstroom genereert. Het bedrijf zal dus de kosten moeten verlagen of voldoende moeten groeien om in de toekomst winstgevend te worden.

(Je kunt ook lezen Raadpleeg ons meer gedetailleerde investeringsrapport over Nano Dimension voor meer informatie..)

Laatste Nano Dimension (NNDM) aandelennieuws en ontwikkelingen

Studie waarnaar verwezen wordt:

^{1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . Adaptieve draaiende metamaterialen. Geavanceerde materialen. 22 oktober 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714}