3D‑printede metamaterialer kan redefinere bil­sikkerhet

Skape metalldesign

Metallurgi er en teknologi som har utviklet seg kontinuerlig siden de primitive metallhåndverkene i tidlige sivilisasjoner. Inntil nylig var de fleste metallbearbeidingene fortsatt avhengige av teknikker som støping (smelting av metall til hulrom) eller smiing (hammering av metall til form).

Fremkomsten av 3D‑utskriftsteknologi som kan håndtere metallmaterialer har lagt til en helt ny metode for å produsere metallkomponenter, og vi er bare i begynnelsen av å realisere potensialet.

For eksempel, nye titanlegeringer, hydrogeninfusert 3D‑utskrift, eller geometrisk utskrift som absorberer vibrasjoner.

Forskere ved University of Glasgow (UK), Polytechnic University of Marche (Italia) og National Institute for Nuclear Physics (Italia) har nå skapt en ny type vridde metamaterialer som kan erstatte hvordan vi bygger støtdempere i biler, ved hjelp av 3D‑utskrift.

De publiserte resultatene sine i Advanced Materials¹, under tittelen “Adaptive Twisting Metamaterials”.

Innebygd støtdemping

Da biler først ble bygget, hadde de nesten ingen beskyttelse mot kollisjoner. Deretter ga tidlige støtabsorberende komponenter som krasjbokser og støtfangere en enkelt kraft‑forskyvningsrespons for alle krasjscenarier som oppstod under kjøretøykollisjoner.

Moderne biler er konstruert på en måte som, i tilfelle en kollisjon, spesifikt absorberer mesteparten av den kinetiske energien, og begrenser mengden energi som overføres til passasjerene.

«Det økende behovet for å overholde stadig strengere og ofte motstridende sikkerhetsstandarder har flyttet fokuset mot strukturell optimalisering av ofre‑komponenter, og fremmer filosofien om mekanisk design.»

Sammen med den utbredte bruken av sikkerhetsbelter har denne innovasjonen vært en viktig driver for reduksjon av dødsfall i bilkollisjoner de siste tiårene.

Kilde: Haug Farrar

Dette har i hovedsak blitt oppnådd ved å endre strukturell geometri eller ved å inkorporere ulike materialer sammen i velprøvde energidempere for å forbedre energidissipasjonen.

Likevel har energiadabsorpsjonen en tendens til å være konstant, uansett scenario (for eksempel kollisjon med en fotgjenger eller en vegg), siden kraft‑forskyvningsresponsen forblir fast.

Komprimerings‑torsjons‑koblings‑mekaniske (CTCM) metamaterialer

Et lovende alternativ til nåværende metoder for å absorbere støt er CTCM‑metamaterialer (Compression–Torsion Coupling Mechanical).

De er designet for å omdanne trykk rundt materialets akse til en torsjonsbevegelse, i en korkskrue‑lignende bevegelse, som absorberer støtenergien.

Dette plasserer CTCM‑metamaterialer ett steg foran enkle metallgitter, som bare komprimeres under trykk.

Disse materialene utnytter fullt ut kapasiteten til additiv produksjon for å lage ekstremt komplekse former og strukturer, som ville vært umulig å bygge med noen annen metode.

Kilde: Advanced Materials

Kraft‑avhengige reaksjoner

Tidligere støtabsorberende materialer ville i hovedsak enten bøye seg eller ikke. For at de skulle håndtere store støt, måtte de ofte tåle mindre støt.

«De beskyttende materialene som brukes i de fleste kjøretøy i dag er statiske, designet for spesifikke støt‑scenarioer og ute av stand til å tilpasse seg varierende forhold.»

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

I stedet kan de komplekse formene til STCM‑metamaterialer finjusteres til spesifikke krav.

Forskerne designet en form som kan absorbere mye energi selv ved et lite støt, men som fortsatt gir beskyttelse mot høy‑hastighets‑/høy‑energi‑støt senere.

Etter den første knusningsbåndet (dvs. den innledende kollaps‑spenningen) muliggjorde duktiliteten til gyroid‑arkmaterialet en stabil kompresjonsrespons uten katastrofal svikt.

Kilde: Advanced Materials

Dette vil gjøre STCM‑metamaterialer overlegne i forhold til nåværende konvensjonelle skum eller krumple‑soner, da de vil gi stivere motstand mot tunge kollisjoner eller mykere demping for lettere støt.

Kilde: Advanced Materials

Skape nye støtdempere

Dette resultatet ble oppnådd ved å lage en kompleks, svært porøs form kjent som et gyroid‑gitter. De sammenlignet deretter de faktiske delene produsert med 3D‑utskrift, analysert med en CT‑skanning, med CAD‑datamodellen.

Kilde: Advanced Materials

Selv om det virkelige materialet avvek noe fra CAD‑modellen, på grunn av at metallakkumuleringen var tykkere i noen områder (11,8 % høyere tetthet), ble den faktiske støtmotstanden korrekt forutsagt.

Når vi påfører kompresjon, oversetter gyroid‑gitteret dette til vridning, og ved å endre grensebetingelsene kan vi justere energiadabsorpsjons‑egenskapene.

Disse materialene kan tilpasse og endre sine egne egenskaper avhengig av støttype og alvorlighetsgrad for å dempe effektene.

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Applikasjoner

Foreløpig har metall‑3D‑utskrift stort sett vært begrenset til industrier som luftfart og romfart, på grunn av de innledende høye kostnadene for metall‑3D‑skrivere. Dette endrer seg raskt, ettersom teknologien nå modnes og produksjonen skaleres opp.

«Vi tror materialet kan finne applikasjoner både innen bil‑ og romfarts­sikkerhet i fremtiden, og tilby en ny klasse av materialer som kan tilpasse seg ulike behov etter krav.

Det kan også støtte utviklingen av nye former for energihøsting, ved å omdanne støt til rotasjons‑kinetisk energi.

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Så om noen år kan vi se en ny klasse av adaptive materialer mot kollisjoner med justerbar energiadabsorpsjon, kollaps‑spenning og stivhet kontrollert via vridd gyroid‑struktur.

Sveip for å bla →

I starten vil applikasjonene sannsynligvis være begrenset til jernbane, luftfart og forsvarssektoren, og deretter finne vei inn i den bredere bilsektoren, fra luksusmodeller til basismodeller.

Investere i 3D‑utskrift

Nano Dimension

Nano Dimension (NNDM ) var opprinnelig fokusert på 3D‑printet elektronikk. Dette inkluderer svært spesialiserte teknologier som ledende eller dielektriske blekk & keramikk. Disse kan for eksempel brukes til å bygge optiske eller radiokomponenter.

Dette er en av de mulige anvendelsene av 3D‑utskrift på nanoskalering, som vi utforsket nærmere i “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.

Merkbart har Nano Dimension vokst gjennom en blanding av oppkjøp og intern FoU. Denne strategien nådde et nytt høydepunkt med oppkjøpet av Desktop Metal i 2024 .

Sammen vil de to selskapene ha en mye sterkere posisjon innen metall‑ og keramikk‑3D‑utskrift på alle skalaer, fra elektronikk til store industrielle anlegg og luftfart. Dette skaper også stordriftsfordeler ved å slå sammen kundebasen som inkluderer SpaceX, Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, osv.

Til slutt var de to selskapene hovedsakelig aktive i ulike geografiske områder, med Nano Dimension i Europa og Desktop Metal i USA, noe som gir synergier ved å slå sammen salgsteamene.

Selskapet hevder at de kan redusere det økologiske fotavtrykket ved produksjon, med en reduksjon på 94 % i CO₂‑utslipp, 100 % i vannforbruk, 98 % i materialbruk og 82 % i kjemikalier. Samlet sett har dette gjort Nano Dimension til en av teknologiledere innen 3D‑utskrift.

Kilde: Nano Dimensions

Et annet oppkjøp som nettopp fulgte var Markforged for $115M. Med fokus på kompositt‑ og metall‑additiv produksjonsutstyr, forsterker oppkjøpet av Markforged Nano Dimensions posisjon i markedet for metall‑3D‑utskrift.

«Skjønnheten ved denne fusjonen og skjønnheten ved Markforged og deres teknologisett er at de ikke overlapper med vår teknologi. Synergiene ligger i anvendelsene for lignende selskaper.»

Yoav Stern‑ Nano Dimension CEO
Selskapet er også, gjennom oppkjøp og intern utvikling, i ferd med å bli en leder innen 3D‑utskrift‑programvare.

Investorer må imidlertid være klar over at 3D‑utskrifts‑industrien som helhet fortsatt er negativ på kontantstrøm, så selskapet vil trenge å kutte kostnader eller vokse tilstrekkelig for å oppnå lønnsomhet i fremtiden.

(Du kan også lese vår mer detaljerte investeringsrapport om Nano Dimension for ytterligere informasjon.)

Siste Nano Dimension (NNDM) aksjenyheter og utviklinger

Studie referert:

^{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}