Sandvik skapar den första 3D-printade diamantkompositen
Sandvik har skapat den första 3D-printade diamantkompositen någonsin. Även om denna diamant inte gnistrar är den perfekt för ett brett spektrum av industriella användningsområden. Detta superhårda material kan 3D-printas i mycket komplexa former och kan därmed revolutionera industrins sätt att använda det hårdaste naturmaterialet på planeten.
Diamant är hårdare än något annat i naturen. Den är en nyckelkomponent i ett stort antal slitstarka verktyg inom industrin, från gruvdrift och borrning till maskinbearbetning och även medicinska implantat. Sedan 1953 har det varit möjligt att tillverka syntetisk diamant, men eftersom den är så hård och komplicerad att bearbeta är det nästan omöjligt att forma komplexa former.
Hittills har produktionen av superhårda diamantmaterial endast gjort det möjligt att skapa ett fåtal enkla geometriska konfigurationer. Genom att använda additiv tillverkning och en skräddarsydd, patentskyddad efterbehandlingsmetod lyckades Sandvik 3D-printa diamantkompositer som kan formas till nästan vilken form som helst.
Historiskt sett var 3D-printning av en diamant något som ingen av oss trodde var möjligt att åstadkomma
Skillnaden mellan en Sandvik-diamant och en naturlig eller syntetisk diamant är att den förra är ett kompositmaterial. Det mesta av materialet är diamant, men för att göra det tryckbart och tätt måste det cementeras i ett mycket hårt matrismaterial, som behåller de viktigaste fysikaliska egenskaperna hos ren diamant.
Möjligheterna är enorma
Tack vare additiv tillverkning kan diamantkomponenter skapas färdiga för användning, i mycket komplexa former, utan behov av ytterligare maskinbearbetning. Detta öppnar upp för möjligheten att använda diamant i tillämpningar som tidigare ansetts omöjliga.
"Historiskt sett var 3D-printning av en diamant något som ingen av oss trodde var möjligt", förklarar Anders Ohlsson, Delivery Manager på Sandvik.
"När vi såg potentialen började vi fundera på vad mer som skulle vara möjligt med 3D-printning av komplexa former i ett material som är tre gånger styvare än stål, har högre värmeledningsförmåga än koppar, en termisk expansion som ligger nära Invar - och en densitet som ligger nära aluminium. Dessa fördelar gör att vi tror att man kommer att se denna diamantkomposit i nya avancerade industriella applikationer, allt från slitdelar till rymdprogram, inom bara några år."
Processen för 3D-utskrift
"Den additiva tillverkningsprocess som används är mycket avancerad", förklarar Mikael Schuisky, chef för R&D and Operations på Sandvik. "Vi skriver ut i en slurry bestående av diamantpulver och polymer med en metod som kallas stereolitografi, där komplexa delar tillverkas lager för lager med hjälp av ultraviolett ljus.
Den 3D-printade diamantkompositen från Sandvik är en verklig innovation. Den innebär att vi kan börja använda diamant i tillämpningar och former som aldrig tidigare varit tänkbara
"Det här steget var extremt komplicerat. Men efter omfattande FoU-insatser och flera försök lyckades vi ta kontroll över processen och göra den första 3D-printade diamantkompositen."
"Det var otroligt att se vad vi kan åstadkomma när vi kombinerar vår ledande expertis inom materialteknik med vår starka kapacitet inom additiv tillverkning och efterbearbetning", kommenterade Mikael Schuisky. "Vi har några av världens ledande experter inom både material och additiv tillverkning, vilket i ett fall som detta kan gynna många industrier runt om i världen och göra det möjligt att använda diamant i applikationer och former som aldrig tidigare varit möjliga."
"Snarare än att försöka utveckla helt nya material handlar den stora satsningen inom industrin idag om en ofta radikal omstrukturering av befintliga material", säger Annika Borgenstam, professor vid institutionen för materialvetenskap och materialteknik på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) i Stockholm.
Annika Borgenstam, Professor at the Department of Materials Science and Engineering, KTH Royal Institute of Technology.
"Med hjälp av revolutionerande nya processer som additiv tillverkning öppnas helt nya möjligheter att använda samma typer av material som vi har idag, genom att bygga in de egenskaper som vi behöver."
"Den här 3D-printade diamantkompositen är en verklig innovation. Det innebär att vi kan börja använda diamant i tillämpningar och former som aldrig tidigare varit möjliga", säger Susanne Norgren, adjungerad professor i tillämpad materialvetenskap vid Uppsala universitet. "Tänk bara vad det skulle kunna innebära för industrin när det är möjligt att skriva ut vad som helst, i vilken form som helst - i diamant."
Tänk bara vad det kan göra för industrin när det är möjligt att skriva ut vad som helst, i vilken form som helst - i diamant
Susanne Norgren, Adjunct Professor in Applied Materials Science, Uppsala University
Hållbart med överlägsna egenskaper
En annan viktig fördel med additiv tillverkning är att den gör det möjligt för ingenjörer att minimera materialspill, vilket gör tekniken mer hållbar. Diamantpulvret i Sandviks process kan extraheras från polymeren i slurryn efter utskriften och sedan återvinnas och återanvändas i ett annat utskriftsjobb.
Diamantkompositen har testats och visat sig ha extremt hög hårdhet, exceptionell värmeledningsförmåga, samtidigt som den har låg densitet, mycket god termisk expansion och fantastisk korrosionsbeständighet.
"Vi har nu möjlighet att skapa starka diamantkompositer i mycket komplexa former genom additiv tillverkning, vilket i grunden kommer att förändra hur industrier kommer att kunna använda detta material. I dagsläget är det bara designerns fantasi som sätter gränser för hur detta superhårda material kan formas och användas", avslutar Mikael Schuisky.
Sedan denna artikel skrevs har Sandvik beslutat att fokusera på att öka sin försäljning av metallpulver och har avvecklat sina tjänster inom additiv tillverkning.