Sandvik entwickelt ersten 3D-gedruckten Diamantverbundwerkstoff
Sandvik hat den ersten 3D-gedruckten Diamantverbundwerkstoff entwickelt. Dieser Diamant glänzt zwar nicht, eignet sich aber perfekt für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen. Dieses superharte Material kann in hochkomplexen Formen 3D-gedruckt werden und damit die Art und Weise revolutionieren, wie die Industrie das härteste natürliche Material der Welt nutzt.
Diamant ist härter als alles andere in der Natur. Er ist ein wichtiger Bestandteil zahlreicher verschleißfester Werkzeuge in der Industrie, vom Bergbau und Bohren bis hin zur maschinellen Bearbeitung und zu medizinischen Implantaten. Seit 1953 ist es möglich, synthetischen Diamant herzustellen, aber da er so hart und kompliziert zu bearbeiten ist, ist es fast unmöglich, komplexe Formen zu formen.
Bisher konnten bei der Herstellung von superharten Diamantwerkstoffen nur wenige einfache geometrische Konfigurationen geformt werden. Durch den Einsatz der additiven Fertigung und einer maßgeschneiderten, firmeneigenen Nachbearbeitungsmethode ist es Sandvik gelungen, Diamantverbundwerkstoffe in 3D zu drucken, die in nahezu jede Form gebracht werden können.
Historisch gesehen war der 3D-Druck von Diamanten etwas, von dem niemand dachte, dass es möglich sei
Der Unterschied zwischen einem Sandvik-Diamanten und natürlichem oder synthetischem Diamant besteht darin, dass es sich bei ersterem um ein Verbundmaterial handelt. Der größte Teil des Materials ist Diamant, aber um ihn druckbar und dicht zu machen, muss er in ein sehr hartes Matrixmaterial einzementiert werden, wobei die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von reinem Diamant erhalten bleiben.
Die Möglichkeiten sind enorm
Durch den Einsatz der additiven Fertigung können Diamantkomponenten anwendungsfertig in sehr komplexen Formen hergestellt werden, ohne dass eine weitere Bearbeitung erforderlich ist. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, ihn in Anwendungen einzusetzen, die bisher als unmöglich galten.
"Historisch gesehen war das 3D-Drucken von Diamanten etwas, von dem niemand von uns dachte, dass es möglich sei", erklärt Anders Ohlsson, Delivery Manager bei Sandvik.
"Als wir sein Potenzial sahen, fragten wir uns, was sonst noch möglich wäre, wenn man komplexe Formen in einem Material 3D-drucken würde, das dreimal steifer als Stahl ist, eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Kupfer hat, eine Wärmeausdehnung ähnlich der von Invar - und eine Dichte ähnlich der von Aluminium. Aufgrund dieser Vorteile sind wir davon überzeugt, dass dieser Diamant-Verbundwerkstoff schon in wenigen Jahren in neuen fortschrittlichen industriellen Anwendungen - von Verschleißteilen bis hin zu Raumfahrtprogrammen - zu finden sein wird."
Das 3D-Druckverfahren
"Das verwendete additive Fertigungsverfahren ist hochmodern", erklärt Mikael Schuisky, Head of R&D and Operations bei Sandvik: "Wir drucken in einer Aufschlämmung aus Diamantpulver und Polymer mit einer Methode namens Stereolithographie, bei der komplexe Teile Schicht für Schicht mit Hilfe von ultraviolettem Licht hergestellt werden.
Der 3D-gedruckte Diamantverbundstoff von Sandvik ist eine echte Innovation. Es bedeutet, dass wir damit beginnen können, Diamant in Anwendungen und Formen zu verwenden, die bisher nicht denkbar waren
"Dieser Schritt war extrem kompliziert. Nach umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen und mehreren Versuchen ist es uns jedoch gelungen, die Kontrolle über den Prozess zu erlangen und den ersten 3D-gedruckten Diamantverbundstoff herzustellen."
"Es war unglaublich zu sehen, was wir erreichen können, wenn wir unsere führende Expertise in der Werkstofftechnologie mit unseren starken Fähigkeiten in der additiven Fertigung und der Nachbearbeitung kombinieren", kommentierte Mikael Schuisky. "Wir haben einige der weltweit führenden Experten sowohl in der Werkstoff- als auch in der additiven Fertigung, was in einem Fall wie diesem vielen Branchen rund um den Globus zugute kommen kann und den Einsatz von Diamant in Anwendungen und Formen ermöglicht, die bisher nicht denkbar waren."
"Annika Borgenstam, Professorin am Department of Materials Science and Engineering an der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm: "Anstatt nach der Entwicklung völlig neuer Materialien zu suchen, geht es heute in der Industrie vor allem um die oft radikale Umstrukturierung bestehender Materialien."
Annika Borgenstam, Professor at the Department of Materials Science and Engineering, KTH Royal Institute of Technology.
"Der Einsatz revolutionärer neuer Verfahren wie der additiven Fertigung wird völlig neue Möglichkeiten eröffnen, die gleichen Arten von Materialien zu verwenden, die wir heute haben, indem wir die Eigenschaften einbauen, die wir brauchen."
"Dieser 3D-gedruckte Diamantverbundstoff ist eine echte Innovation. Es bedeutet, dass wir beginnen können, Diamant in Anwendungen und Formen zu verwenden, die bisher nicht denkbar waren", sagte Susanne Norgren, außerordentliche Professorin für Angewandte Materialwissenschaften an der Universität Uppsala, "Stellen Sie sich nur vor, was dies für die Industrie bedeuten könnte, wenn es möglich ist, alles in jeder Form aus Diamant zu drucken."
Stellen Sie sich vor, was es für die Industrie bedeuten könnte, wenn es möglich wäre, alles in jeder beliebigen Form zu drucken - in Diamant
Susanne Norgren, Adjunct Professor in Applied Materials Science, Uppsala University
Nachhaltig mit überlegenen Eigenschaften
Ein weiterer entscheidender Vorteil der additiven Fertigung besteht darin, dass sie es den Ingenieuren ermöglicht, den Materialabfall zu minimieren, wodurch die Technologie nachhaltiger wird. Das Diamantpulver in Sandviks Verfahren kann nach dem Druckvorgang aus dem Polymer in der Aufschlämmung extrahiert und dann recycelt und in einem weiteren Druckauftrag wiederverwendet werden.
Der Diamantverbundwerkstoff wurde getestet und zeichnet sich durch eine extrem hohe Härte, eine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Dichte, eine sehr gute Wärmeausdehnung und eine fantastische Korrosionsbeständigkeit aus.
"Wir sind jetzt in der Lage, durch additive Fertigung starke Diamantverbundwerkstoffe in sehr komplexen Formen herzustellen, was die Art und Weise, wie die Industrie dieses Material nutzen kann, grundlegend verändern wird. Die einzige Grenze, wie dieses superharte Material geformt und verwendet werden kann, ist die Vorstellungskraft des Designers", so Mikael Schuisky abschließend.
Seit dieser Artikel geschrieben wurde, hat Sandvik beschlossen, sich auf die Steigerung seines Metallpulverumsatzes zu konzentrieren und hat seine Dienstleistungen im Bereich der additiven Fertigung eingestellt.