Materiais metamateriais impressos em 3D podem redefinir a segurança automotiva.

Criação de designs em metal

A metalurgia é uma tecnologia que vem evoluindo constantemente desde os primórdios do trabalho com metais nas primeiras civilizações. Até recentemente, a maior parte da metalurgia ainda dependia de técnicas como moldagem (fundir o metal em formas ocas) ou forjamento (martelar o metal para dar forma).

O surgimento da tecnologia de impressão 3D capaz de trabalhar com materiais metálicos adicionou um método completamente novo à produção de componentes metálicos, e estamos apenas começando a explorar seu potencial.

Por exemplo, nos novas ligas de titânio, impressão 3D com infusão de hidrogênio, ou Impressão geométrica que absorve vibrações.

Pesquisadores da Universidade de Glasgow (Reino Unido), da Universidade Politécnica de Marche (Itália) e do Instituto Nacional de Física Nuclear (Itália) criaram um novo tipo de metamateriais torcidos que podem substituir a forma como construímos amortecedores em carros, utilizando impressão 3D.

Eles publicaram seus resultados na revista Advanced Materials.¹, Sob o título "Metamateriais de torção adaptativos".

Absorção de impacto integrada

Quando os carros foram construídos pela primeira vez, eles praticamente não ofereciam proteção contra colisões. Naquela época, os primeiros absorvedores de impacto, como as caixas de impacto e os para-choques, proporcionavam uma resposta única de força-deslocamento para todos os cenários de colisão encontrados durante acidentes de veículos.

Os carros modernos são construídos de forma que, em caso de colisão, sua estrutura absorva especificamente a maior parte da energia cinética, limitando a quantidade de energia transferida para os passageiros.

“A crescente necessidade de cumprir normas de segurança cada vez mais rigorosas e frequentemente conflitantes tem direcionado o foco para a otimização estrutural de componentes de sacrifício, impulsionando a filosofia do projeto mecânico.”

Juntamente com a adoção generalizada de cintos de segurança, essa inovação tem sido um dos principais fatores na redução de fatalidades em acidentes de carro nas últimas décadas.

Fonte: Haug Farrar

Isso foi alcançado principalmente graças à modificação da geometria da estrutura ou à incorporação de diferentes materiais em absorvedores de energia já comprovados, a fim de aumentar a dissipação de energia.

No entanto, a absorção de energia tende a ser constante, independentemente do cenário (por exemplo, impacto com um pedestre ou uma parede), uma vez que a resposta força-deslocamento permanece fixa.

Metamateriais mecânicos com acoplamento compressão-torção (CTCM)

Uma alternativa promissora aos métodos atuais de absorção de choques são os metamateriais CTCM (Acoplamento Mecânico de Compressão-Torção).

Eles são projetados para converter a pressão em torno do eixo do material em um movimento de torção, em um movimento semelhante a um saca-rolhas, absorvendo a energia do impacto.

Isso coloca os metamateriais CTCM um passo à frente das simples estruturas metálicas, que são simplesmente comprimidas sob pressão.

Esses materiais aproveitam ao máximo a capacidade da impressão 3D para criar formas e estruturas extremamente complexas, que seriam impossíveis de construir por qualquer outro método.

Fonte: Materiais avançados

Reações dependentes da força

Os materiais de absorção de impacto anteriores basicamente ou se deformavam ou não. Portanto, para suportarem impactos fortes, muitas vezes precisavam resistir a impactos menores.

“Os materiais de proteção usados ​​na maioria dos veículos atualmente são estáticos, projetados para cenários de impacto específicos e incapazes de se adaptar a condições variáveis.”

Professor Shanmugam Kumar - Universidade de Glasgow

Em vez disso, as formas complexas dos metamateriais STCM podem ser ajustadas com precisão para atender a requisitos específicos.

Os pesquisadores projetaram um formato capaz de absorver muita energia mesmo em impactos pequenos, mas que ainda oferece proteção contra impactos de alta velocidade/alta energia posteriormente.

Após a primeira banda de compressão (ou seja, a tensão inicial de colapso), a ductilidade do material da folha giroide permitiu uma resposta compressiva estável sem falha catastrófica.

Fonte: Materiais avançados

Isso tornaria os metamateriais STCM superiores às espumas convencionais atuais ou zonas de deformação programada, pois proporcionariam maior resistência a colisões fortes ou amortecimento mais suave para impactos mais leves.

Fonte: Materiais avançados

Criando novos amortecedores

Esse resultado foi alcançado através da criação de uma forma complexa e altamente porosa conhecida como rede giroide. Em seguida, compararam as peças reais produzidas com impressão 3D, analisadas por tomografia computadorizada, com o modelo CAD criado por computador.

Fonte: Materiais avançados

Embora o material real apresentasse algumas diferenças em relação ao modelo CAD, devido à maior espessura do metal em algumas áreas (densidade 11.8% maior), a resistência ao impacto foi prevista corretamente.

Ao aplicarmos compressão, a rede giroide a transforma em torção e, alterando as condições de contorno, podemos ajustar as características de absorção de energia.

Esses materiais podem se adaptar e alterar suas próprias características dependendo do tipo e da gravidade do impacto, a fim de mitigar seus efeitos.

Professor Shanmugam Kumar - Universidade de Glasgow

Aplicações

Por enquanto, a impressão 3D em metal tem se restringido principalmente a setores como o aeronáutico e o aeroespacial, devido aos altos custos iniciais das impressoras 3D de metal. Isso está mudando rapidamente, à medida que a tecnologia amadurece e a produção aumenta.

“Acreditamos que o material poderá encontrar aplicações na segurança automotiva e aeroespacial no futuro, fornecendo uma nova classe de material capaz de se adaptar a diferentes necessidades conforme necessário.

Também poderia apoiar o desenvolvimento de novas formas de captação de energia, convertendo impactos em energia cinética rotacional.”

Professor Shanmugam Kumar - Universidade de Glasgow

Assim, dentro de alguns anos, poderemos ver uma nova classe de materiais adaptativos para resistir a colisões, com absorção de energia ajustável, tensão de colapso e rigidez controladas por meio de estruturas giroidais torcidas.

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Inicialmente, as aplicações provavelmente ficarão restritas aos setores ferroviário, aeroespacial e de defesa, e depois se expandirão para o setor automotivo em geral, desde modelos de luxo até modelos básicos.

Investir em impressão 3D

Nano Dimensão

Inicialmente, a Nano Dimension focava-se em eletrónica impressa em 3D. Isto inclui tecnologias muito especializadas, como tintas condutoras ou dielétricas e cerâmicas. Estas podem ser utilizadas, por exemplo, na construção de componentes óticos ou de rádio.

Esta é uma das possíveis aplicações da impressão 3D em nanoescala, que exploramos mais detalhadamente em “A impressão 3D em nanoescala parece preparada para comercialização".

Notavelmente, a Nano Dimension cresceu por meio de uma combinação de aquisições e P&D interna. Essa estratégia atingiu um novo patamar com a aquisição da Desktop Metal em 2024.

Juntas, as duas empresas terão uma posição muito mais forte na impressão 3D de metal e cerâmica em todas as escalas, desde eletrônicos até grandes equipamentos industriais e aeroespaciais. Isso também cria economias de escala ao unificar a base de clientes, que inclui SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, etc.

Por último, as duas empresas atuavam maioritariamente em áreas geográficas diferentes, com a Nano Dimension na Europa e a Desktop Metal nos EUA, permitindo sinergia através da fusão das suas equipas de vendas.

A empresa afirma que consegue reduzir a pegada ecológica da fabricação, com uma redução de 94% nas emissões de CO2, 100% no consumo de água, 98% em materiais e 82% em produtos químicos. No geral, isso fez com que a Nano Dimension se destacasse como uma das líderes em tecnologia de impressão 3D.

Fonte: Nano Dimensões

Outro aquisição O que se seguiu foi que da Markforged por US$ 115 milhõesCom foco em equipamentos para manufatura aditiva de compósitos e metais, a aquisição da Markforged reforça ainda mais a posição da Nano Dimension no mercado de impressão 3D em metal.

“A beleza dessa fusão e a beleza da Markforged e seu conjunto de tecnologias é que elas não estão se sobrepondo à nossa tecnologia. As sinergias estão nas aplicações para empresas similares.”

Yoav Stern - CEO da Nano Dimension

A empresa também está, por meio de aquisições e desenvolvimento interno, progredindo para se tornar líder em software de impressão 3D.

No entanto, os investidores precisam estar cientes de que o setor de impressão 3D como um todo ainda apresenta fluxo de caixa negativo, portanto, a empresa precisará cortar custos ou crescer o suficiente para gerar lucro no futuro.

(Você também pode ler Para obter mais informações, consulte nosso relatório de investimento mais detalhado sobre a Nano Dimension..)

Últimas notícias e desenvolvimentos sobre ações da Nano Dimension (NNDM)

Estudo referenciado:

^{1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . Metamateriais de torção adaptativos. Materiais Avançados. 22 de outubro de 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714}