3D Baskı Metamateriallar Araba Güvenliğini Yeniden Tanımlayabilir

Metal Tasarımları Oluşturma

Metallurji, erken uygarlığın ilkel metal işçiliğinden bu yana sürekli evrimleşen bir teknolojidir. Yakın zamana kadar, çoğu metal işleme hâlâ kalıplama (metali boş şekillere eritme) veya dövme (metali çekiçle şekillendirme) gibi tekniklere dayanıyordu.

Metal malzemeleri işleyebilen 3D baskı teknolojisinin ortaya çıkması, metal bileşenler üretmek için tamamen yeni bir yöntem ekledi ve potansiyelini ancak yeni keşfetmeye başladık.

Örneğin, yeni titanyum alaşımları, hidrojenle zenginleştirilmiş 3D baskı, ya da titreşimleri emen geometrik baskı.

Glasgow Üniversitesi (İngiltere), Marche Politeknik Üniversitesi (İtalya) ve Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü (İtalya) araştırmacıları, artık 3D baskı kullanarak arabaların şok emicilerini nasıl inşa ettiğimizi değiştirebilecek yeni bir bükülmüş metamaterial türü yarattılar.

Araştırma sonuçlarını Advanced Materials¹ dergisinde “Uyarlanabilir Bükülme Metamaterialları” başlığıyla yayınladılar.

Yerleşik Şok Emme

Arabalar ilk üretildiğinde çarpışmalara karşı neredeyse hiç koruma yoktu. Daha sonra, çarpışma kutuları ve tamponlar gibi erken dönemdeki darbe emiciler, araç çarpışmaları sırasında karşılaşılan tüm senaryolar için tek bir kuvvet–yer değiştirme tepkisi sağladı.

Modern arabalar, bir çarpışma durumunda çerçevelerinin özellikle çoğu kinetik enerjiyi emerek yolculara geçen enerji miktarını sınırlayacak şekilde tasarlanmıştır.

“Giderek daha katı ve çoğu zaman çelişkili güvenlik standartlarına uyma ihtiyacının artması, fedakarlık bileşenlerinin yapısal optimizasyonuna odaklanmayı değiştirmiş ve mekanik tasarım felsefesini ilerletmiştir.”

Emniyet kemerlerinin yaygınlaşmasıyla birlikte, bu yenilik son on yıllarda araba kazalarında ölümlerin azalmasında büyük bir itici güç olmuştur.

Kaynak: Haug Farrar

Bu, esas olarak yapı geometrisinin değiştirilmesi veya kanıtlanmış enerji emiciler içinde farklı malzemelerin birleştirilmesiyle enerji dağılımını artırmak için sağlanmıştır.

Yine de, enerji emilimi senaryoya bakılmaksızın sabit kalma eğilimindedir (örneğin, bir yayaya ya da duvara çarpma), çünkü kuvvet–yer değiştirme tepkisi sabit kalır.

Kompresyon–Tork Eşleme Mekanik (CTCM) Metamateriallar

Şokları emmenin mevcut yöntemlerine umut vadeden bir alternatif CTCM metamateriallardır (Kompresyon–Tork Eşleme Mekanik).

Bu materyaller, malzemenin ekseni etrafındaki basıncı bir vida benzeri hareketle tork hareketine dönüştürmek üzere tasarlanmıştır ve darbe enerjisini emer.

Bu, CTCM metamateriallarını sadece basınç altında sıkıştırılan basit metal kafeslerden bir adım öne geçirir.

Bu malzemeler, başka hiçbir yöntemle yapılamayacak kadar karmaşık şekil ve yapılar oluşturmak için 3D baskı üretiminin kapasitesini tam anlamıyla kullanır.

Kaynak: Advanced Materials

Kuvvete Bağlı Tepkiler

Önceki şok emici malzemeler temelde ya bükülür ya da bükülmezdi. Bu yüzden büyük darbeleri kaldırabilmeleri için genellikle daha küçük darbelerle de direnmek zorunda kalırlardı.

“Bugün çoğu araçta kullanılan koruyucu malzemeler statiktir, belirli darbe senaryoları için tasarlanmıştır ve değişen koşullara uyum sağlayamazlar.”

Prof. Shanmugam Kumar – Glasgow Üniversitesi

Bunun yerine, STCM metamateriallarının karmaşık şekilleri belirli gereksinimlere göre ince ayar yapılabilir.

Araştırmacılar, küçük bir darbe için bile çok fazla enerji emebilen, ancak daha sonra yüksek hızlı/yüksek enerjili darbeye karşı da koruma sağlayan bir şekil tasarladılar.

İlk çökme bandından (yani, ilk çökme gerilmesi) sonra, gyroid-levha malzemesinin sünekliği, felaket bir arıza olmadan istikrarlı bir sıkıştırma tepkisi sağladı.

Kaynak: Advanced Materials

Bu, STCM metamateriallarını mevcut geleneksel köpükler veya çökme bölgelerinden üstün kılar; çünkü ağır çarpışmalara karşı daha sert bir direnç ve hafif darbeler için daha yumuşak bir yastıklama sağlar.

Kaynak: Advanced Materials

Yeni Şok Emiciler Oluşturma

Bu sonuç, gyroid kafes adı verilen karmaşık, yüksek gözenekli bir şekil oluşturarak elde edildi. Ardından, 3D baskı ile üretilen gerçek parçaları CT taramasıyla analiz edip CAD bilgisayar modeliyle karşılaştırdılar.

Kaynak: Advanced Materials

Gerçek malzeme, bazı bölgelerde metal birikiminin daha kalın olması (yüzde 11,8 daha yüksek yoğunluk) nedeniyle CAD modelinden biraz farklı olsa da, gerçek şok direnci doğru bir şekilde tahmin edildi.

Kompressiyon uyguladığımızda, gyroid kafes bunu bükülmeye çevirir ve sınır koşullarını değiştirerek enerji emme özelliklerini ayarlayabiliriz.

Bu malzemeler, darbe tipi ve şiddetine bağlı olarak kendi özelliklerini uyarlayabilir ve değiştirerek etkileri hafifletebilir.

Prof. Shanmugam Kumar – Glasgow Üniversitesi

Uygulamalar

Şu anda metal 3D baskı, yüksek maliyetli metal 3D yazıcıların başlangıçtaki maliyetleri nedeniyle ağırlıklı olarak havacılık ve uzay endüstrileriyle sınırlı kalmıştır. Bu durum hızla değişiyor; teknoloji olgunlaşmakta ve üretim ölçeklenmektedir.

“Malzemenin gelecekte otomotiv ve uzay güvenliğinde uygulama bulabileceğine, farklı ihtiyaçlara uyum sağlayabilen tek bir yeni malzeme sınıfı sunacağına inanıyoruz.

Ayrıca darbeleri dönme kinetik enerjisine dönüştürerek yeni enerji toplama biçimlerinin geliştirilmesini destekleyebilir.”

Prof. Shanmugam Kumar – Glasgow Üniversitesi

Böylece birkaç yıl içinde, bükülmüş gyroid yapıları aracılığıyla ayarlanabilir enerji emilimi, çökme gerilmesi ve rijitliğin kontrol edildiği yeni bir uyarlanabilir çarpışma malzemesi sınıfı görebiliriz.

Kaydırarak kaydır →

İlk başta, uygulamaların demiryolu, uzay ve savunma alanlarıyla sınırlı kalması ve ardından lüks modellerden temel modellere kadar daha geniş otomotiv sektörüne yayılması muhtemeldir.

3D Baskıya Yatırım

Nano Dimension

Nano Dimension başlangıçta 3D baskılı elektronik üzerine odaklanmıştı. Bu, iletken veya dielektrik mürekkepler ve seramikler gibi çok özel teknolojileri içerir. Örneğin, optik veya radyo bileşenleri üretmek için kullanılabilirler.

Bu, “Nanoscale 3D Printing Looks Primed for Commercialization” başlıklı makalemizde daha ayrıntılı olarak incelediğimiz, 3D baskının nanoskalaya uygulanmasının olası bir örneğidir.

Dikkate değer olarak, Nano Dimension, satın almalar ve iç Ar-Ge karışımıyla büyümüştür. Bu strateji, 2024 yılında Desktop Metal’in satın alınması ile yeni bir zirveye ulaştı.

Birlikte, iki şirket elektroniklerden büyük endüstriyel ekipman ve uzay araçlarına kadar tüm ölçeklerde metal ve seramik 3D baskıda çok daha güçlü bir konuma sahip olacak. Bu aynı zamanda SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic vb. müşterileri birleştirerek ölçek ekonomileri yaratıyor.

Son olarak, iki şirket coğrafi olarak farklı bölgelerde daha aktifti; Nano Dimension Avrupa’da, Desktop Metal ise ABD’de bulunuyordu; bu da satış ekiplerinin birleştirilmesiyle sinerji yaratılmasını sağladı.

Şirket, üretimin ekolojik ayak izini %94 CO₂ emisyonunda, %100 su kullanımında, %98 malzeme kullanımında ve %82 kimyasal kullanımında azaltarak düşürebileceğini iddia ediyor. Genel olarak, bu durum Nano Dimension’ı 3D baskı teknolojisi liderlerinden biri haline getirdi.

Kaynak: Nano Dimensions

Başka bir satın alma da Markforged’in 115 M $ karşılığında alınması gerçekleşti. Kompozit ve metal katmanlı imalat ekipmanına odaklanan bu satın alma, Nano Dimension’ın metal 3D baskı pazarındaki konumunu daha da güçlendiriyor.

“Bu birleşmenin ve Markforged’in teknoloji setinin güzelliği, bizim teknolojimizle çakışmıyor olmaları. Sinerjiler, benzer şirketler için uygulamalarda bulunuyor.”

Yoav Stern- Nano Dimension CEO
Şirket, satın almalar ve iç geliştirme yoluyla 3D baskı yazılımı alanında da lider konuma gelmek için ilerliyor.

Ancak yatırımcıların, 3D baskı sektörünün hâlâ nakit akışı negatif olduğunu ve şirketin gelecekte kâr elde etmek için maliyetleri kısmaya ya da yeterince büyümeye ihtiyaç duyacağını bilmeleri gerekir.

(Ayrıca Nano Dimension hakkında daha ayrıntılı yatırım raporumuzu okuyabilirsiniz.)

En Son Nano Dimension (NNDM) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Alınan Çalışma:

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