첨가제 제조
3D 프린팅 메타물질이 자동차 안전의 새로운 기준을 제시할 수 있다.
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금속 디자인 제작
야금학은 초기 문명의 원시적인 금속 세공 기술 이후 끊임없이 발전해 온 기술입니다. 최근까지도 대부분의 금속 가공은 여전히 주형(금속을 녹여 속이 빈 모양으로 만드는 것)이나 단조(금속을 망치로 두드려 모양을 만드는 것)와 같은 기술에 의존해 왔습니다.
금속 소재를 다룰 수 있는 3D 프린팅 기술의 등장으로 금속 부품 생산에 완전히 새로운 방식이 도입되었으며, 우리는 이제 막 그 잠재력을 실현하기 시작했을 뿐입니다.
예를 들어, 새로운 티타늄 합금, 수소 주입 3D 프린팅및 진동을 흡수하는 기하학적 인쇄.
영국 글래스고 대학교, 이탈리아 마르케 공과대학교, 이탈리아 국립 원자핵물리학 연구소의 연구진이 3D 프린팅 기술을 이용하여 자동차 충격 흡수 장치 제작 방식을 대체할 수 있는 새로운 유형의 뒤틀린 메타물질을 개발했습니다.
그들은 연구 결과를 Advanced Materials에 발표했습니다.1, 제목 아래 '적응형 비틀림 메타물질".
내장형 충격 흡수 장치
자동차가 처음 만들어졌을 당시에는 충돌로부터 차량을 보호하는 장치가 거의 없었습니다. 당시에는 크래시 박스나 범퍼와 같은 초기 충격 흡수 장치가 차량 충돌 시 발생하는 모든 상황에 대해 단일한 힘-변위 반응을 제공했습니다.
현대 자동차는 충돌 시 차체 프레임이 운동 에너지의 대부분을 흡수하여 탑승자에게 전달되는 에너지의 양을 제한하도록 설계되었습니다.
"점점 더 엄격해지고 종종 상충되는 안전 기준을 준수해야 할 필요성이 커짐에 따라, 소모성 부품의 구조적 최적화에 초점이 맞춰지면서 기계 설계 철학이 발전해 왔습니다."
안전벨트의 광범위한 보급과 더불어, 이러한 혁신은 지난 수십 년간 자동차 사고 사망자 수 감소의 주요 원동력이 되었습니다.
출처: 하우그 파라르
이는 주로 구조적 형상을 변경하거나 검증된 에너지 흡수 장치에 다양한 재료를 결합하여 에너지 소산을 향상시키는 방식으로 달성되었습니다.
하지만, 힘-변위 반응이 고정되어 있기 때문에 어떤 상황(예: 보행자나 벽과의 충돌)에서도 에너지 흡수량은 일정한 경향이 있습니다.
압축-비틀림 결합 기계적(CTCM) 메타물질
현재 충격 흡수 방식에 대한 유망한 대안으로 CTCM 메타물질(압축-비틀림 결합 기계)이 주목받고 있습니다.
이러한 장치들은 재료의 축을 중심으로 가해지는 압력을 코르크 마개처럼 나선형으로 회전하는 비틀림 운동으로 변환하여 충격 에너지를 흡수하도록 설계되었습니다.
이로써 CTCM 메타물질은 단순히 압력에 의해 압축되는 금속 격자보다 한 단계 앞서 나가게 됩니다.
이러한 소재는 3D 프린팅 제조 기술의 역량을 최대한 활용하여 다른 어떤 방법으로도 제작이 불가능한 매우 복잡한 형태와 구조를 만들어낼 수 있습니다.
출처: 고급 재료
힘 의존 반응
기존의 충격 흡수 소재는 휘어지거나 휘어지지 않는 두 가지 특성만 가지고 있었습니다. 따라서 큰 충격을 견디려면 작은 충격에도 잘 견뎌야 했습니다.
"오늘날 대부분의 차량에 사용되는 보호 재료는 특정 충격 시나리오에 맞춰 설계된 정적인 재료로, 다양한 조건에 적응할 수 없습니다."
반면, STCM 메타물질의 복잡한 형태는 특정 요구 사항에 맞게 세밀하게 조정할 수 있습니다.
연구진은 작은 충격에도 많은 에너지를 흡수할 수 있으면서도, 이후 고속/고에너지 충격으로부터 보호 기능을 제공하는 형태를 설계했습니다.
첫 번째 압축대(즉, 초기 붕괴 응력) 이후, 자이로이드 시트 재료의 연성 덕분에 파괴적인 파손 없이 안정적인 압축 반응을 보일 수 있었습니다.
출처: 고급 재료
이러한 특성 덕분에 STCM 메타물질은 현재의 기존 폼이나 크럼플 존보다 우수합니다. 강한 충돌에는 더 단단한 저항력을 제공하고, 가벼운 충격에는 더 부드러운 쿠션을 제공하기 때문입니다.
출처: 고급 재료
새로운 충격 흡수 장치 개발
이 결과는 자이로이드 격자라고 알려진 복잡하고 다공성이 높은 형태를 만들어냄으로써 얻어졌습니다. 그런 다음 3D 프린팅으로 제작된 실제 부품을 CT 스캔으로 분석하고 CAD 컴퓨터 모델과 비교했습니다.
출처: 고급 재료
실제 재료는 일부 영역에서 금속 축적이 더 두껍게(밀도 11.8% 더 높음) 되어 CAD 모델과 다소 차이가 있었지만, 실제 충격 저항은 정확하게 예측되었습니다.
압축력을 가하면 자이로이드 격자는 이를 비틀림으로 변환하며, 경계 조건을 변경함으로써 에너지 흡수 특성을 조절할 수 있습니다.
이러한 소재는 충격의 유형과 강도에 따라 자체 특성을 조절하고 변화시켜 영향을 완화할 수 있습니다.
어플리케이션
지금까지 금속 3D 프린팅은 초기 구매 비용이 높아 항공우주 산업에 주로 국한되어 왔습니다. 하지만 기술이 성숙해지고 생산 규모가 커짐에 따라 이러한 상황은 빠르게 변화하고 있습니다.
"우리는 이 소재가 미래에 자동차 및 항공우주 안전 분야 모두에서 활용될 수 있을 것으로 믿으며, 필요에 따라 다양한 요구에 적응할 수 있는 새로운 종류의 소재가 될 수 있을 것입니다."
또한 충격을 회전 운동 에너지로 변환함으로써 새로운 형태의 에너지 수확 기술 개발을 지원할 수도 있습니다.
따라서 몇 년 안에 우리는 비틀림 자이로이드 구조를 통해 에너지 흡수, 붕괴 응력 및 강성을 조절할 수 있는 새로운 종류의 적응형 충돌 방지 소재를 볼 수 있을 것입니다.
스크롤하려면 스와이프하세요 →
| 특색 | 기존 흡수기 | CTCM 메타물질 |
|---|---|---|
| 응답 유형 | 고정력-변위 | 적응형, 조절 가능한 압축-비틀림 |
| 재료 구성 | 폼, 벌집 구조, 금속판 | 3D 프린팅된 자이로이드 격자 |
| 에너지 흡수 효율 | 적당한, 지속적인 | 높음, 충격당 변동성 높음 |
| 제조 방법 | 주조 또는 단조 | 첨가제 제조 |
| 잠재적 용도 | 범퍼, 크래시 박스 | 적응형 충돌 보호, 항공우주 패널 |
처음에는 철도, 항공우주 및 방위 산업 분야에 국한되어 적용될 가능성이 높으며, 이후 고급 모델부터 기본 모델에 이르기까지 더 큰 자동차 부문으로 확산될 것으로 예상됩니다.
3D 프린팅에 투자하기
나노 치수
나노 디멘션은 초기에는 3D 프린팅 전자 제품에 집중했습니다. 여기에는 전도성 또는 유전체 잉크 및 세라믹과 같은 매우 특수한 기술이 포함됩니다. 이러한 기술은 예를 들어 광학 또는 무선 부품 제작에 사용될 수 있습니다.
이는 3D 프린팅을 나노 규모에 적용할 수 있는 가능성 중 하나이며, 이에 대해 "나노스케일 3D 프린팅, 상용화 가능성 높아".
(NNDM )
특히 나노디멘션은 인수와 자체 연구 개발을 통해 성장해 왔으며, 이러한 전략은 다음과 같은 성과를 거두었습니다. 2024년 Desktop Metal 인수.
두 회사가 합병하면 전자제품부터 대형 산업 장비 및 항공우주 분야에 이르기까지 모든 규모의 금속 및 세라믹 3D 프린팅 분야에서 훨씬 강력한 입지를 확보하게 될 것입니다. 또한 SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic 등을 포함한 고객 기반을 통합함으로써 규모의 경제 효과도 창출할 수 있습니다.
마지막으로 두 회사는 유럽의 Nano Dimension과 미국의 Desktop Metal 등 서로 다른 지역에서 주로 활동하여 영업팀을 통합하여 시너지 효과를 얻었습니다.
이 회사는 제조 과정에서 발생하는 환경 발자국을 줄일 수 있다고 주장하며, 이산화탄소 배출량은 94%, 물 사용량은 100%, 재료 사용량은 98%, 화학 물질 사용량은 82%까지 감축할 수 있다고 밝혔습니다. 이러한 점들을 종합해 볼 때, 나노 디멘션은 3D 프린팅 분야의 기술 선도 기업 중 하나로 부상했습니다.
출처: 나노 치수
다른 취득 바로 다음에 일어난 일은 다음과 같습니다. Markforged를 1억 1500만 달러에 인수나노 디멘션은 복합재 및 금속 적층 제조 장비에 중점을 두고 있으며, 이번 마크포지드 인수를 통해 금속 3D 프린팅 시장에서의 입지를 더욱 강화했습니다.
"이 합병의 아름다움과 Markforged와 그들의 기술 세트의 아름다움은 우리 기술과 겹치지 않는다는 것입니다. 시너지는 유사한 회사에 대한 애플리케이션에 있습니다."
Yoav Stern- Nano Dimension CEO
또한, 이 회사는 인수 및 자체 개발을 통해 3D 프린팅 소프트웨어 분야의 선두 기업으로 발돋움하고 있습니다.
하지만 투자자들은 3D 프린팅 산업 전체가 여전히 현금 흐름이 마이너스라는 점을 인지해야 합니다. 따라서 회사는 향후 수익을 내기 위해 비용을 절감하거나 충분히 성장해야 할 것입니다.
(또한 읽을 수 있습니다 나노 디멘션에 대한 보다 자세한 투자 보고서는 다음에서 확인하실 수 있습니다..)
최신 Nano Dimension(NNDM) 주식 뉴스 및 개발
참고 연구:
1. Mattia Utzeri, Maria L. Gatto, Edoardo Mancini, Donato Orlandi, Daniele Cortis, Marco Sasso, Shanmugam Kumar. . 적응형 트위스트 메타물질. 고급 재료. 2025년 10월 22일. https://doi.org/10.1002/adma.202513714
