3D-geprinte Metamaterialen Kunnen Autoveiligheid Herdefiniëren

Metaalontwerpen Maken

Metallurgie is een technologie die voortdurend evolueert sinds het primitieve metaalambacht van de vroege beschaving. Tot voor kort was de meeste metaalbewerking nog afhankelijk van technieken zoals gieten (smelten van metaal in holle vormen) of smeden (hameren van het metaal in vorm).

De opkomst van 3D‑printtechnologie die metaalmaterialen kan verwerken, heeft een geheel nieuwe methode toegevoegd aan het produceren van metalen componenten, en we staan nog maar aan het begin van het realiseren van het potentieel.

Bijvoorbeeld nieuwe titaniumlegeringen, waterstof‑geïnfuseerde 3D‑printing, of geometrisch printen dat trillingen absorbeert.

Onderzoekers van de Universiteit van Glasgow (VK), de Polytechnische Universiteit van Marche (Italië) en het Nationaal Instituut voor Kernfysica (Italië) hebben nu een nieuw type gedraaide metamaterialen gecreëerd die de manier waarop we schokdempers in auto’s bouwen zouden kunnen vervangen, met behulp van 3D‑printen.

Ze publiceerden hun resultaten in Advanced Materials¹, onder de titel “Adaptive Twisting Metamaterials”.

Ingebouwde Schokabsorptie

Toen auto’s voor het eerst werden gebouwd, hadden ze bijna geen bescherming tegen crashes. Vervolgens boden vroege impactabsorbers zoals crashboxen en bumpers een enkele kracht‑verplaatsingsrespons voor alle crashscenario’s die zich tijdens voertuigbotsingen voordeden.

Moderne auto’s zijn zo gebouwd dat, in geval van een crash, hun frame specifiek het grootste deel van de kinetische energie absorbeert, waardoor de hoeveelheid energie die naar de inzittenden wordt overgedragen wordt beperkt.

“De groeiende noodzaak om te voldoen aan steeds strengere en vaak conflicterende veiligheidsnormen heeft de focus verlegd naar de structurele optimalisatie van opofferende componenten, waardoor de filosofie van mechanisch ontwerp wordt voortgedreven.”

Samen met de wijdverspreide adoptie van veiligheidsgordels, is deze innovatie een belangrijke drijfveer geweest in de vermindering van sterfgevallen bij auto‑crashes in de afgelopen decennia.

Bron: Haug Farrar

Het is grotendeels bereikt door de structuurgeometrie te wijzigen of verschillende materialen te combineren binnen bewezen energie‑absorbers om de energie‑dissipatie te verbeteren.

Desondanks blijft de energie‑absorptie constant, ongeacht het scenario (bijvoorbeeld een botsing met een voetganger of een muur), aangezien de kracht‑verplaatsingsrespons vast blijft.

Compressie–Torsie Koppeling Mechanische (CTCM) Metamaterialen

Een veelbelovend alternatief voor de huidige methoden om schokken te absorberen zijn CTCM‑metamaterialen (Compressie–Torsie Koppeling Mechanische).

Ze zijn ontworpen om druk rond de as van het materiaal om te zetten in een torsiebeweging, in een kurkentrekmotief, 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 volledig de capaciteit van 3D‑printproductie om extreem complexe vormen en structuren te creëren, die met geen enkele andere methode mogelijk zouden zijn.

Bron: Advanced Materials

Krachtafhankelijke Reacties

Eerdere schokabsorberende materialen zouden in wezen ofwel buigen of niet. Dus om grote schokken aan te kunnen, moesten ze vaak de kleinere weerstaan.

“De beschermende materialen die in de meeste voertuigen van vandaag worden gebruikt, zijn statisch, ontworpen voor specifieke impactscenario’s en niet in staat zich aan te passen aan variërende omstandigheden.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow
In plaats daarvan kunnen de complexe vormen van STCM‑metamaterialen fijn worden afgesteld op specifieke eisen.

De onderzoekers ontwierpen een vorm die veel energie kan absorberen zelfs bij een kleine impact, maar toch later bescherming biedt tegen hoge‑snelheids‑/hoge‑energie‑impacten.

Na de eerste crush‑band (d.w.z. de initiële instortingsspanning) stelde de ductiliteit van het gyroid‑bladmateriaal een stabiele compressieve respons mogelijk zonder catastrofale falen.

Bron: Advanced Materials

Dit zou STCM‑metamaterialen superieur maken ten opzichte van huidige conventionele schuimen of crumple zones, omdat ze een stijvere weerstand bieden tegen zware botsingen of een zachtere demping voor lichtere impacts.

Bron: Advanced Materials

Nieuwe Schokabsorbers Maken

Dit resultaat werd bereikt door een complexe, zeer poreuze vorm te creëren die bekend staat als een gyroid‑rooster. Ze vergeleken vervolgens de daadwerkelijk met 3D‑print geproduceerde onderdelen, geanalyseerd met een CT‑scan, met het CAD‑computer‑model.

Bron: Advanced Materials

Hoewel het echte materiaal enigszins verschilde van het CAD‑model, doordat de metaalopbouw in sommige gebieden dikker was (11,8 % hogere dichtheid), werd de daadwerkelijke schokweerstand correct voorspeld.

Wanneer we compressie toepassen, zet het gyroid‑rooster dit om in een draaiing, en door de randvoorwaarden te wijzigen, kunnen we de energie‑absorptie‑kenmerken afstemmen.

Deze materialen kunnen zich aanpassen en hun eigen kenmerken wijzigen afhankelijk van het type en de ernst van de impact om de effecten te mitigeren.

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Toepassingen

Voor nu is metaal‑3D‑printen voornamelijk beperkt tot sectoren zoals de luchtvaart en ruimtevaart, vanwege de aanvankelijk hoge kosten van metaal‑3D‑printers. Dit verandert snel, nu de technologie volwassen wordt en de productie opschaalt.

“We geloven dat het materiaal in de toekomst zowel in de auto‑ als de lucht‑ en ruimtevaartveiligheid toepassingen kan vinden, en een nieuwe klasse van materiaal biedt die zich kan aanpassen aan verschillende behoeften zoals vereist.

Het zou ook de ontwikkeling van nieuwe vormen van energie‑opwekking kunnen ondersteunen, door impacts om te zetten in roterende kinetische energie.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Dus over een paar jaar zouden we een nieuwe klasse adaptieve materialen tegen crashes kunnen zien met afstelbare energie‑absorptie, instortingsspanning en stijfheid die via draaiende gyroid‑structuren worden geregeld.

Veeg om te scrollen →

In eerste instantie zullen de toepassingen waarschijnlijk beperkt blijven tot spoorweg-, lucht‑ en ruimtevaart‑ en defensietoepassingen, en daarna hun weg vinden naar de bredere automobielsector, van luxe‑modellen tot basis‑modellen.

Investeren in 3D‑printen

Nano Dimension

Nano Dimension (NNDM ) richtte zich aanvankelijk op 3D‑geprinte elektronica. Dit omvat zeer gespecialiseerde technologieën zoals geleidend of dielektrisch inkt & 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 onderzochten in “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.

Opmerkelijk is dat Nano Dimension is gegroeid door een mix van overnames en interne R&D. Deze strategie bereikte een nieuw hoogtepunt met the acquisition of Desktop Metal in 2024 .

Samen zullen de twee bedrijven een veel sterkere positie hebben in metaal‑ en keramiek‑3D‑printen op alle schalen, van elektronica tot grote industriële apparatuur en lucht‑ en ruimtevaart. Dit creëert ook schaalvoordelen door de klantenbasis te combineren die onder meer SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, etc. omvat.

Ten slotte waren de twee bedrijven grotendeels actief in verschillende geografische gebieden, met Nano Dimension in Europa en Desktop Metal in de VS, waardoor synergie ontstaat door hun verkoopteams te combineren.

Het bedrijf beweert de ecologische voetafdruk van productie te kunnen verminderen, met een reductie van 94 % in CO₂‑emissies, 100 % in water, 98 % in materialen en 82 % in chemicaliën. Over het geheel genomen heeft dit Nano Dimension doen uitgroeien tot een van de technologieleiders in 3D‑printen.

Bron: Nano Dimensions

Een andere overname die kort daarna volgde was die van Markforged voor $115M. Met een focus op composiet‑ en metaal‑additieve productietechnologieën, versterkt de overname van Markforged de positie van Nano Dimension in de metaal‑3D‑printmarkt.

“De schoonheid van deze fusie en de schoonheid van Markforged en hun reeks technologieën is dat ze niet overlappen met onze technologie. De synergieën liggen in de toepassingen voor vergelijkbare bedrijven.”

Yoav Stern- Nano Dimension CEO

Het bedrijf is ook, via overnames en interne ontwikkeling, bezig een leider te worden in 3D‑printsoftware.

Echter, investeerders moeten zich ervan bewust zijn dat de 3D‑printindustrie als geheel nog steeds cash‑flow negatief is, dus het bedrijf zal kosten moeten besparen of voldoende moeten groeien om in de toekomst winst te maken.

(U kunt ook ons meer gedetailleerde investeringsrapport over Nano Dimension voor verdere informatie lezen.)

Laatste Nano Dimension (NNDM) Aandelen Nieuws en Ontwikkelingen

Studie Gerefereerd:

^{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}