Виробництво добавок
Метаматеріали, надруковані на 3D-принтері, можуть переосмислити безпеку автомобілів
Securities.io дотримується суворих редакційних стандартів і може отримувати винагороду за перевірені посилання. Ми не є зареєстрованим інвестиційним консультантом, і це не є інвестиційною порадою. Будь ласка, перегляньте наші розкриття партнерів.
Створення металевих конструкцій
Металургія – це технологія, яка постійно розвивається з часів примітивного металоремесла ранньої цивілізації. Донедавна більшість металообробки все ще залежала від таких методів, як лиття (розплавлення металу в порожнисті форми) або кування (надання металу форми молотком).
Поява технології 3D-друку, здатної обробляти металеві матеріали, додала абсолютно новий метод виробництва металевих компонентів, і ми лише на початку усвідомлення його потенціалу.
Наприклад, нові титанові сплави, 3D-друк з використанням воднюабо геометричний друк, що поглинає вібрації.
Дослідники з Університету Глазго (Велика Британія), Політехнічного університету Марке (Італія) та Національного інституту ядерної фізики (Італія) створили новий тип скручених метаматеріалів, які за допомогою 3D-друку можуть замінити спосіб виготовлення амортизаторів в автомобілях.
Вони опублікували свої результати в журналі Advanced Materials1, під назвою «Адаптивні скручувальні метаматеріали".
Вбудована амортизація
Коли автомобілі були вперше сконструйовані, вони майже не мали захисту від зіткнень. Потім ранні амортизатори ударів, такі як краш-бокси та бампери, забезпечували єдину реакцію сили-зміщення для всіх сценаріїв зіткнень, що виникають під час зіткнень транспортних засобів.
Сучасні автомобілі побудовані таким чином, що у разі зіткнення їхня рама спеціально поглинає більшу частину кінетичної енергії, обмежуючи кількість енергії, що передається пасажирам.
«Зростаюча потреба дотримуватися дедалі суворіших і часто суперечливих стандартів безпеки змістила акцент на структурну оптимізацію жертовних компонентів, просуваючи філософію машинобудування».
Разом із широким поширенням ременів безпеки, це нововведення стало основним рушієм зменшення кількості смертей в автомобільних аваріях протягом останніх десятиліть.
джерело: Хауг Фаррар
Здебільшого цього вдалося досягти завдяки зміні геометрії конструкції або поєднанню різних матеріалів разом у перевірених поглиначах енергії для покращення розсіювання енергії.
Тим не менш, поглинання енергії має тенденцію бути постійним, незалежно від сценарію (наприклад, зіткнення з пішоходом або стіною), оскільки реакція сили та зміщення залишається фіксованою.
Метаматеріали на основі механічного стиснення-торсійного зчеплення (CTCM)
Перспективною альтернативою сучасним методам поглинання ударів є метаматеріали CTCM (механічні муфти стиснення-торсійні).
Вони призначені для перетворення тиску навколо осі матеріалу в крутильний рух, що нагадує штопор, поглинаючи енергію удару.
Це ставить метаматеріали CTCM на крок попереду простих металевих ґраток, які просто стискаються під тиском.
Ці матеріали повністю використовують можливості 3D-друку для створення надзвичайно складних форм і структур, які неможливо було б побудувати жодним іншим методом.
джерело: нові матеріали
Реакції, що залежать від сили
Попередні матеріали, що поглинали удари, по суті або гнулися, або ні. Тому, щоб вони витримували сильні удари, їм часто доводилося протистояти меншим.
«Захисні матеріали, що використовуються в більшості транспортних засобів сьогодні, є статичними, розробленими для конкретних сценаріїв удару та не здатні адаптуватися до різних умов».
Натомість, складні форми метаматеріалів STCM можна точно налаштувати відповідно до конкретних вимог.
Дослідники розробили форму, яка може поглинати багато енергії навіть при невеликому ударі, але все ж забезпечувати захист від високошвидкісного/високоенергетичного удару пізніше.
Після першої смуги стиснення (тобто початкового напруження руйнування), пластичність матеріалу гіроїдного листа забезпечила стабільну реакцію на стиск без катастрофічного руйнування.
джерело: нові матеріали
Це зробило б метаматеріали STCM перевершуючими сучасні звичайні піни або зони деформації, оскільки вони забезпечували б жорсткіший опір сильним зіткненням або м'якшу амортизацію для легших ударів.
джерело: нові матеріали
Створення нових амортизаторів
Цього результату було досягнуто шляхом створення складної, дуже пористої форми, відомої як гіроїдна решітка. Потім вони порівняли фактичні деталі, виготовлені за допомогою 3D-друку та проаналізовані за допомогою комп'ютерної томографії, з комп'ютерною моделлю CAD.
джерело: нові матеріали
Хоча реальний матеріал дещо відрізнявся від моделі САПР через товстіше скупчення металу в деяких ділянках (на 11.8% вища щільність), фактична ударна стійкість була передбачувана правильно.
Коли ми застосовуємо стиснення, гіроїдна решітка перетворює його на скручування, і, змінюючи граничні умови, ми можемо налаштувати характеристики поглинання енергії.
Ці матеріали можуть адаптуватися та змінювати свої характеристики залежно від типу та тяжкості удару, щоб пом'якшити наслідки.
додатків
Наразі 3D-друк металом здебільшого обмежувався такими галузями, як аеронавтика та аерокосмічна промисловість, через початкову високу вартість металевих 3D-принтерів. Ситуація швидко змінюється, оскільки технології зараз розвиваються, а виробництво масштабується.
«Ми вважаємо, що цей матеріал може знайти застосування як у автомобільній, так і в аерокосмічній галузі в майбутньому, забезпечуючи єдиний новий клас матеріалів, здатних адаптуватися до різних потреб за потреби».
Це також може сприяти розвитку нових форм збору енергії шляхом перетворення ударів на обертальну кінетичну енергію».
Тож через кілька років ми можемо побачити новий клас адаптивних матеріалів для зіткнень з налаштованим поглинанням енергії, напруженням руйнування та жорсткістю, контрольованими за допомогою скручувальних гіроїдних структур.
Проведіть пальцем, щоб прокрутити →
| особливість | Звичайні абсорбери | Метаматеріали CTCM |
|---|---|---|
| Тип відповіді | Фіксована сила-зміщення | Адаптивне, настроюване стиснення-крутіння |
| Склад матеріалу | Пінопласти, стільники, металеві листи | Гіроїдні решітки, надруковані на 3D-принтері |
| Ефективність поглинання енергії | Помірний, постійний | Високий, змінний на удар |
| Спосіб виготовлення | Лиття або кування | Виробництво добавок |
| Потенційне використання | Бампери, крашбокси | Адаптивний захист від зіткнень, аерокосмічні панелі |
Спочатку застосування, ймовірно, обмежиться залізничною, аерокосмічною та оборонною галузями, а потім пошириться на ширший автомобільний сектор, від моделей класу люкс до базових моделей.
Інвестиції в 3D-друк
Нановимір
Спочатку Nano Dimension була зосереджена на 3D-друкованій електроніці. Це включає дуже спеціалізовані технології, такі як провідні або діелектричні чорнила та кераміка. Їх можна, наприклад, використовувати для створення оптичних або радіокомпонентів.
Це одне з можливих застосувань 3D-друку в нанорозмірі, яке ми досліджували далі в «Нанорозмірний 3D-друк виглядає готовим до комерціалізації".
(NNDM )
Примітно, що Nano Dimension зросла завдяки поєднанню придбань та власних досліджень і розробок. Ця стратегія досягла нового рівня завдяки придбання Desktop Metal у 2024 році.
Разом ці дві компанії матимуть набагато сильніші позиції у сфері 3D-друку металом та керамікою всіх масштабів, від електроніки до великого промислового обладнання та аерокосмічної галузі. Це також створює економію масштабу завдяки об'єднанню клієнтської бази, яка включає SpaceX, Tesla, GE, Honeywell, Emerson, Raytheon, NASA, Medtronic тощо.
Нарешті, дві компанії були в основному активні в різних географічних областях, з Nano Dimension в Європі та Desktop Metal в США, що дозволило досягти синергії шляхом злиття їхніх відділів продажів.
Компанія стверджує, що може зменшити екологічний слід виробництва, скоротивши викиди CO2 на 94%, воду на 100%, матеріали на 98% та хімікати на 82%. Загалом, це зробило Nano Dimension одним із технологічних лідерів у 3D-друку.
джерело: Нанорозміри
Інший придбання що щойно було далі, це те Markforged за 115 мільйонів доларівЗосереджуючись на обладнанні для адитивного виробництва композитних матеріалів та металу, придбання Markforged ще більше зміцнює позиції Nano Dimension на ринку 3D-друку металом.
«Краса цього злиття та краса Markforged та їхнього набору технологій полягає в тому, що вони не збігаються з нашою технологією. Синергія полягає в програмах для схожих компаній».
Йоав Стерн - генеральний директор Nano Dimension
Компанія також, завдяки придбанням та внутрішньому розвитку, просувається до лідерства у сфері програмного забезпечення для 3D-друку.
Однак інвестори повинні усвідомлювати, що галузь 3D-друку в цілому все ще має негативний грошовий потік, тому компанії потрібно буде скоротити витрати або достатньо зрости, щоб отримувати прибуток у майбутньому.
(Ви також можете прочитати наш детальніший інвестиційний звіт щодо Nano Dimension для отримання додаткової інформації.)
Останні новини та події щодо акцій Nano Dimension (NNDM)
Посилання на дослідження:
1. Маттіа Утцері, Марія Л. Гатто, Едоардо Манчіні, Донато Орланді, Даніеле Кортіс, Марко Сассо, Шанмугам Кумар. . Адаптивні скручувані метаматеріали. Розширені матеріали. 22 жовтня 2025 р. https://doi.org/10.1002/adma.202513714
