3D-utskrivna metamaterial kan omdefiniera bilsäkerhet

Skapa metallkonstruktioner

Metallurgi är en teknik som ständigt har utvecklats sedan den tidiga civilisationens primitiva metallhantverk. Fram till nyligen var de flesta metallbearbetningsprocesser fortfarande beroende av tekniker som gjutning (smälta metall till ihåliga former) eller smide (slå metall till form).

Framväxten av 3D‑utskriftsteknik som kan hantera metallmaterial har lagt till en helt ny metod för att producera metallkomponenter, och vi är bara i början av att realisera dess potential.

Till exempel nya titanlegeringar, väteinfunderad 3D‑utskrift eller geometrisk utskrift som absorberar vibrationer.

Forskare vid University of Glasgow (UK), Polytechnic University of Marche (Italien) och National Institute for Nuclear Physics (Italien) har nu skapat en ny typ av vridna metamaterial som kan ersätta hur vi bygger stötdämpare i bilar, med hjälp av 3D‑utskrift.

De publicerade sina resultat i Advanced Materials¹, under titeln “Adaptive Twisting Metamaterials”.

Inbyggd stötdämpning

När bilar först byggdes hade de nästan inget skydd mot kollisioner. Därefter gav tidiga stötdämpare som krocklådor och stötfångare ett enda kraft‑förskjutningssvar för alla krockscenario som uppstod under fordonskollisioner.

Moderna bilar är konstruerade så att deras ram vid en krock specifikt absorberar största delen av den kinetiska energin, vilket begränsar den energi som överförs till passagerarna.

“Det växande behovet av att uppfylla allt striktare och ofta motstridiga säkerhetsstandarder har förskjutit fokus mot strukturell optimering av offerkomponenter, vilket driver fram filosofin om mekanisk design.”

Tillsammans med den breda införandet av säkerhetsbälten har denna innovation varit en viktig drivkraft för minskningen av dödsfall i bilkrockar under de senaste decennierna.

Källa: Haug Farrar

Det har främst uppnåtts genom att modifiera strukturell geometri eller integrera olika material i beprövade energidämpare för att förbättra energidissipation.

Ändå tenderar energiblandningen att vara konstant, oavsett scenario (t.ex. kollision med en fotgängare eller en vägg), eftersom kraft‑förskjutningssvaret förblir fast.

Kompression–torsionskopplade mekaniska (CTCM) metamaterial

Ett lovande alternativ till nuvarande metoder för att absorbera stötar är CTCM‑metamaterial (Compression–Torsion Coupling Mechanical).

De är designade för att omvandla tryck runt materialets axel till en torsionsrörelse, i en korkskruvs‑liknande rörelse, som absorberar stötkraften.

Detta placerar CTCM‑metamaterial ett steg före enkla metallgaller, som bara komprimeras under tryck.

Dessa material utnyttjar fullt ut 3D‑utskriftens kapacitet att skapa extremt komplexa former och strukturer, vilket skulle vara omöjligt att bygga med någon annan metod.

Källa: Advanced Materials

Kraftberoende reaktioner

Tidigare stötdämpande material böjde sig i princip antingen eller inte. Så för att de skulle klara stora stötar var de ofta tvungna att motstå mindre.

“De skyddande material som används i de flesta fordon idag är statiska, designade för specifika krockscenario och kan inte anpassa sig till varierande förhållanden.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Istället kan STCM‑metamaterialens komplexa former finjusteras för specifika krav.

Forskarna designade en form som kan absorbera mycket energi även vid en liten kollision, men ändå ge skydd mot hög‑hastighets‑/hög‑energi‑kollisioner senare.

Efter den första krossbanden (dvs. den initiala kollapsspänningen) möjliggjorde gyroid‑bladmaterialets duktilitet ett stabilt komprimeringssvar utan katastrofal misslyckande.

Källa: Advanced Materials

Detta skulle göra STCM‑metamaterial överlägsna nuvarande konventionella skum eller krockzoner, eftersom de skulle erbjuda styvare motstånd mot tunga kollisioner eller mjukare dämpning för lättare stötar.

Källa: Advanced Materials

Skapa nya stötdämpare

Detta resultat uppnåddes genom att skapa en komplex, mycket porös form känd som ett gyroid‑galler. De jämförde sedan de faktiska delarna som producerades med 3D‑utskrift, analyserade med en CT‑skanning, med CAD‑dator­modellen.

Källa: Advanced Materials

Även om det verkliga materialet något avvek från CAD‑modellen, på grund av att metallackumuleringen var tjockare på vissa områden (11,8 % högre densitet), förutsågs den faktiska stötdämpningsförmågan korrekt.

När vi applicerar kompression omvandlar gyroid‑gallret det till vridning, och genom att ändra randvillkoren kan vi finjustera energiblands‑karakteristiken.

Dessa material kan anpassa och förändra sina egna egenskaper beroende på typ och allvarlighetsgrad av påverkan för att mildra effekterna.

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Tillämpningar

För närvarande har metall‑3D‑utskrift mestadels begränsats till industrier som flyg och rymd, på grund av de initialt höga kostnaderna för metall‑3D‑skrivare. Detta förändras snabbt, då tekniken nu mognar och produktionen skalar upp.

“Vi tror att materialet kan hitta tillämpningar både inom bil- och rymdsäkerhet i framtiden, och erbjuda en ny klass av material som kan anpassa sig till olika behov efter krav.

Det kan också stödja utvecklingen av nya former av energihämtning, genom att omvandla stötar till roterande kinetisk energi.”

Professor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Så om några år kan vi se en ny klass av adaptiva material mot kollisioner med justerbar energiblandning, kollaps‑spänning och styvhet styrd via vridande gyroid‑strukturer.

Svep för att scrolla →

Till en början kommer tillämpningarna sannolikt att begränsas till järnväg, rymd och försvar, och därefter göra sin väg in i den bredare bilsektorn, från lyxmodeller till basmodeller.

Investera i 3D‑utskrift

Nano Dimension

Nano Dimension (NNDM ) fokuserade ursprungligen på 3D‑utskriven elektronik. Detta inkluderar mycket specialiserade teknologier som ledande eller dielektriska bläck & keramer. Dessa kan exempelvis användas för att bygga optiska eller radiokomponenter.

Detta är en av de möjliga tillämpningarna av 3D‑utskrift på nanoskalig nivå, som vi utforskade vidare i “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.

Noterbart har Nano Dimension vuxit genom en blandning av förvärv och intern F&U. Denna strategi nådde en ny topp med förvärvet av Desktop Metal 2024 .

Tillsammans kommer de två företagen ha en mycket starkare position inom metall‑ och keramik‑3D‑utskrift i alla skalor, från elektronik till stora industriella utrustningar och rymd. Detta skapar också stordriftsfördelar genom att förena kundbasen som inkluderar SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, etc.

Slutligen var de två företagen mest aktiva i olika geografiska områden, med Nano Dimension i Europa och Desktop Metal i USA, vilket möjliggör synergier genom att slå samman deras försäljningsteam.

Företaget påstår att de kan minska den ekologiska fotavtrycket för tillverkning, med en minskning på 94 % i CO₂‑utsläpp, 100 % i vatten, 98 % i material och 82 % i kemikalier. Sammantaget har detta gjort Nano Dimension till en av teknikledarna inom 3D‑utskrift.

Källa: Nano Dimensions

Ett annat förvärv som precis följde var Markforged för 115 M $. Med fokus på komposit‑ och metall‑additivt tillverkningsutrustning förstärker förvärvet av Markforged Nano Dimensions position på marknaden för metall‑3D‑utskrift.

“Skönheten i detta samgående och skönheten i Markforged och deras teknikuppsättning är att de inte överlappar med vår teknik. Synergierna ligger i tillämpningarna för liknande företag.”

Yoav Stern‑ Nano Dimension VD
Företaget är också, genom förvärv och intern utveckling, på väg att bli ledande inom 3D‑utskriftprogramvara.

Investerare bör dock vara medvetna om att 3D‑utskriftsindustrin som helhet fortfarande är kassaflödesnegativ, så företaget kommer behöva skära kostnader eller växa tillräckligt för att bli lönsamt i framtiden.

(Du kan också läsa vår mer detaljerade investeringsrapport om Nano Dimension för ytterligare information.)

Senaste Nano Dimension (NNDM) aktienyheter och utvecklingar

Studie refererad:

^{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}