Ang 3D-Printed Metamaterials ay Maaaring Muling Tukuyin ang Kaligtasan ng Kotse

Paglikha ng mga Disenyo ng Metal

Ang metalurhiya ay isang teknolohiya na patuloy na umuunlad mula pa noong unang panahon ng paggawa ng metal. Hanggang kamakailan, karamihan ng paggawa ng metal ay nakasalalay pa rin sa mga teknik tulad ng molding (pagkatunaw ng metal sa mga bakanteng hugis) o forging (pagpukpok ng metal upang mabuo ang hugis).

Ang pag-usbong ng teknolohiyang 3D printing na kayang hawakan ang mga metalikong materyales ay nagdagdag ng ganap na bagong paraan sa paggawa ng mga metal na bahagi, at nasa simula pa lamang tayo ng pagtuklas ng potensyal nito.

Halimbawa, mga bagong titanium alloy, 3D printing na may hydrogen infusion, o geometric printing na sumisipsip ng pagyanig.

Ang mga mananaliksik mula sa University of Glasgow (UK), Polytechnic University of Marche (Italy), at National Institute for Nuclear Physics (Italy) ay nakalikha na ng isang bagong uri ng twisted metamaterials na maaaring palitan ang paraan ng paggawa ng mga shock absorber sa mga sasakyan, gamit ang 3D printing.

Inilathala nila ang kanilang mga resulta sa Advanced Materials¹, sa pamagat na “Adaptive Twisting Metamaterials”.

Naka-embed na Pag-absorb ng Shok

Nang unang itayo ang mga kotse, halos wala silang proteksyon laban sa banggaan. Pagkatapos, ang mga unang impact absorber tulad ng crash boxes at bumpers ay nagbigay ng iisang puwersa–displacement na tugon para sa lahat ng senaryo ng banggaan na naranasan ng mga sasakyan.

Ang mga modernong kotse ay dinisenyo sa paraang, kapag nagbangga, ang kanilang frame ay partikular na sumisipsip ng karamihan ng kinetic energy, na nililimitahan ang dami ng enerhiyang naililipat sa mga pasahero.

“Ang lumalaking pangangailangan na sumunod sa patuloy na paghigpit at madalas magkasalungat na mga pamantayan sa kaligtasan ay nagbago ng pokus patungo sa structural optimization ng mga sacrificial components, na nagpapaunlad ng pilosopiya ng mechanical design.”

Kasama ng malawakang paggamit ng seat belts, ang inobasyong ito ay naging pangunahing dahilan ng pagbaba ng bilang ng mga nasawi sa mga banggaan ng kotse sa mga nagdaang dekada.

Pinagmulan: Haug Farrar

Nakamit ito karamihan dahil sa pagbabago ng geometry ng istruktura o pagsasama ng iba’t ibang materyales sa loob ng mga napatunayang energy absorber upang mapahusay ang paglusaw ng enerhiya.

Gayunpaman, ang pag-absorb ng enerhiya ay nananatiling pare-pareho, anuman ang senaryo (halimbawa, banggaan sa pedestrian o pader), dahil ang puwersa–displacement na tugon ay nananatiling nakatakda.

Compression–Torsion Coupling Mechanical (CTCM) Metamaterials

Isang magagarang alternatibo sa kasalukuyang mga paraan ng pag-absorb ng shok ay ang CTCM metamaterials (Compression–Torsion Coupling Mechanical).

Dinisenyo ang mga ito upang i-convert ang pressure sa paligid ng axis ng materyal tungo sa torsion movement, sa anyong corkscrew, na sumisipsip ng enerhiya ng impact.

Ang hakbang na ito ay naglalagay ng CTCM metamaterials isang hakbang sa unahan ng simpleng metal lattices, na basta lamang na-compress sa ilalim ng pressure.

Ganap na ginagamit ng mga materyales na ito ang kakayahan ng additive manufacturing upang lumikha ng napaka-komplikadong hugis at istruktura, na imposibleng gawin sa ibang paraan.

Pinagmulan: Advanced Materials

Mga Reaksyon na Depende sa Puwersa

Ang mga dating shock-absorbing material ay karaniwang yumuyuko o hindi. Kaya para mapangasiwaan ang malalaking shok, madalas nilang kailangang tiisin ang mas maliliit na shok.

“Ang mga protective material na ginagamit sa karamihan ng mga sasakyan ngayon ay static, dinisenyo para sa tiyak na senaryo ng impact at hindi kayang umangkop sa nagbabagong kondisyon.”

Propesor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Sa halip, ang kumplikadong hugis ng STCM metamaterials ay maaaring i-fine-tune ayon sa partikular na pangangailangan.

Dinisenyo ng mga mananaliksik ang isang hugis na maaaring sumipsip ng maraming enerhiya kahit sa maliit na impact, ngunit magbibigay pa rin ng proteksyon laban sa mataas na bilis/malaking enerhiya na impact sa kalaunan.

Pagkatapos ng unang crush band (i.e., ang unang collapse stress), ang ductility ng gyroid-sheet material ay nagbigay ng matatag na compressive response nang walang catastrophic failure.

Pinagmulan: Advanced Materials

Ang STCM metamaterials ay magiging mas mahusay kaysa sa kasalukuyang tradisyunal na foam o crumple zones, dahil magbibigay ito ng mas matibay na resistensya sa mabibigat na banggaan o mas malambot na cushioning para sa magagaan na impact.

Pinagmulan: Advanced Materials

Paglikha ng mga Bagong Shock Absorber

Nakuha ang resulta sa pamamagitan ng paglikha ng isang kumplikado, lubos na porous na hugis na kilala bilang gyroid lattice. Inihambing nila ang mga aktwal na bahagi na ginawa sa 3D printing, na sinuri gamit ang CT scan, sa CAD computer model.

Pinagmulan: Advanced Materials

Bagaman ang aktwal na materyal ay bahagyang naiiba sa CAD model, dahil ang metal accumulation ay mas makapal sa ilang bahagi (11.8% mas mataas na density), ang aktwal na shock resistance ay tama ang prediksyon.

Kapag nag-apply kami ng compression, ang gyroid lattice ay isinasalin ito sa twist, at sa pamamagitan ng pagbabago ng boundary conditions, maaari naming i-tune ang katangian ng pag-absorb ng enerhiya.

Ang mga materyales na ito ay maaaring umangkop at baguhin ang kanilang sariling katangian depende sa uri at tindi ng impact upang mabawasan ang mga epekto.

Propesor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Mga Aplikasyon

Sa ngayon, ang metal 3D printing ay karamihan nakatuon sa mga industriya tulad ng aeronautics at aerospace, dahil sa mataas na gastos ng mga metal 3D printer. Ito ay mabilis na nagbabago, habang ang teknolohiya ay nagsisimulang maging mature at ang produksyon ay lumalaki.

“Naniniwala kami na ang materyal ay maaaring magkaroon ng aplikasyon sa parehong automotive at aerospace safety sa hinaharap, na nagbibigay ng isang bagong klase ng materyal na kayang umangkop sa iba’t ibang pangangailangan ayon sa kinakailangan.

Maaari rin itong suportahan ang pag-develop ng mga bagong anyo ng energy harvesting, sa pamamagitan ng pag-convert ng mga impact sa rotational kinetic energy.”

Propesor Shanmugam Kumar – University of Glasgow

Sa loob ng ilang taon, maaari nating makita ang isang bagong klase ng adaptive na materyales laban sa mga banggaan na may tunable na pag-absorb ng enerhiya, collapse stress, at stiffness na kontrolado sa pamamagitan ng twisting gyroid structures.

I-swipe para mag-scroll →

Sa simula, ang mga aplikasyon ay malamang na limitado sa railway, aerospace, at defense, at pagkatapos ay makakapasok sa mas malawak na sektor ng automotive, mula sa mga luxury model hanggang sa base model.

Pamumuhunan sa 3D Printing

Nano Dimension

Ang Nano Dimension ay unang nakatuon sa 3D-printed electronics. Kasama rito ang napaka-espesyal na teknolohiya tulad ng conductive o dielectric inks & ceramics. Halimbawa, maaaring gamitin ang mga ito sa paggawa ng optical o radio components.

Isa ito sa mga posibleng aplikasyon ng 3D printing sa nanoscale, na tinalakay pa namin sa “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization”.

Kapansin-pansin, ang Nano Dimension ay lumago sa pamamagitan ng halo ng mga acquisition at internal R&D. Naabot ng estratehiyang ito ang bagong taas sa acquisition ng Desktop Metal noong 2024.

Sama-sama, magkakaroon ang dalawang kumpanya ng mas malakas na posisyon sa metal at ceramics 3D printing sa lahat ng sukat, mula electronics hanggang sa malalaking industrial equipment at aerospace. Lumikha rin ito ng economies of scale sa pamamagitan ng pagsasama ng customer base na kinabibilangan ng SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic, atbp.

Sa huli, ang dalawang kumpanya ay karamihan aktibo sa magkaibang geographic area, kung saan ang Nano Dimension ay nasa Europe at ang Desktop Metal ay nasa US, na nagbibigay ng synergy sa pagsasama ng kanilang sales teams.

Ipinapahayag ng kumpanya na maaari nitong bawasan ang ecological footprint ng manufacturing, na may 94% na pagbawas sa CO2 emissions, 100% sa tubig, 98% sa materyales, at 82% sa chemicals. Sa kabuuan, nagdala ito sa Nano Dimension bilang isa sa mga lider sa teknolohiya ng 3D printing.

Pinagmulan: Nano Dimensions

Isa pang acquisition na sumunod ay ang Markforged para sa $115M. Sa pagtuon sa composite at metal additive manufacturing equipment, ang acquisition ng Markforged ay higit pang nagpapatibay sa posisyon ng Nano Dimension sa metal 3D printing market.

“Ang ganda ng merger na ito at ang ganda ng Markforged at ang kanilang hanay ng teknolohiya ay hindi nag-ooverlap sa aming teknolohiya. Ang mga synergy ay nasa mga aplikasyon para sa mga katulad na kumpanya.”

Yoav Stern- Nano Dimension CEO

Ang kumpanya ay, sa pamamagitan ng mga acquisition at internal development, ay umuunlad upang maging lider sa 3D printing software.

Gayunpaman, kailangang malaman ng mga mamumuhunan na ang industriya ng 3D printing bilang kabuuan ay negatibo pa sa cash flow, kaya kailangang magbawas ng gastos o lumago nang sapat upang magkaroon ng kita sa hinaharap.

(Maaari mo ring basahin ang mas detalyadong ulat ng pamumuhunan tungkol sa Nano Dimension para sa karagdagang impormasyon.)

Pinakabagong Balita at Pag-unlad ng Stock ng Nano Dimension (NNDM)

Pag-aaral na Binanggit:

^{1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . Adaptive Twisting Metamaterials. Advanced Materials. 22 Oktubre 2025. https://doi.org/10.1002/adma.202513714}