Sandvik crea el primer compuesto de diamante impreso en 3D

Sandvik ha creado el primer compuesto de diamante impreso en 3D. Aunque este diamante no brilla, es perfecto para una amplia gama de usos industriales. Este material superduro puede imprimirse en 3D con formas muy complejas y revolucionar así la forma en que la industria utiliza el material natural más duro del planeta.

El diamante es más duro que cualquier otra cosa en la naturaleza. Es un componente clave en una amplia gama de herramientas resistentes al desgaste en la industria, desde la minería y la perforación hasta el mecanizado y también los implantes médicos. Desde 1953 es posible producir diamante sintético, pero como es tan duro y complicado de mecanizar, resulta casi imposible darle formas complejas.

Hasta ahora, la producción de materiales de diamante superduro sólo permitía formar unas pocas configuraciones geométricas sencillas. Gracias a la fabricación aditiva y a un método de posprocesamiento propio hecho a medida, Sandvik ha conseguido imprimir en 3D compuestos de diamante que pueden adoptar casi cualquier forma.

La diferencia entre un diamante Sandvik y un diamante natural o sintético es que el primero es un material compuesto. La mayor parte del material es diamante, pero para hacerlo imprimible y denso es necesario cementarlo en un material matriz muy duro, manteniendo las propiedades físicas más importantes del diamante puro.

Las oportunidades son enormes

Gracias al uso de la fabricación aditiva, los componentes de diamante pueden crearse listos para su aplicación, con formas muy complejas, sin necesidad de mecanizado posterior. Esto abrirá la posibilidad de utilizarlo en aplicaciones que antes se consideraban imposibles.

"Históricamente, imprimir un diamante en 3D era algo que ninguno de nosotros imaginaba que fuera factible", explica Anders Ohlsson, director de entregas de Sandvik.

"Al ver su potencial, empezamos a preguntarnos qué más sería posible a partir de la impresión 3D de formas complejas en un material que es tres veces más rígido que el acero, con una conductividad térmica superior a la del cobre, la expansión térmica cercana a la del Invar - y con una densidad cercana a la del aluminio. Estas ventajas nos hacen creer que dentro de unos años veremos este compuesto de diamante en nuevas aplicaciones industriales avanzadas, desde piezas de desgaste hasta programas espaciales".

El proceso de impresión 3D

"El proceso de fabricación aditiva utilizado es muy avanzado", explica Mikael Schuisky, responsable de I+D y Operaciones de Sandvik, "estamos imprimiendo en una lechada compuesta por polvo de diamante y polímero mediante un método denominado estereolitografía, en el que se producen piezas complejas, capa a capa, utilizando luz ultravioleta".

"Este paso era extremadamente complicado. Sin embargo, tras amplios esfuerzos de I+D y varias pruebas conseguimos tomar el control del proceso y fabricamos el primer compuesto de diamante impreso en 3D."

"Fue increíble ver lo que podemos conseguir cuando combinamos nuestra experiencia líder en tecnología de materiales con nuestras sólidas capacidades en fabricación aditiva y postprocesado", comentó Mikael Schuisky. "Contamos con algunos de los principales expertos del mundo tanto en materiales como en fabricación aditiva, lo que en un caso como este puede beneficiar a muchas industrias de todo el mundo haciendo posible el uso del diamante en aplicaciones y formas nunca antes concebidas."

"En lugar de buscar el desarrollo de materiales completamente nuevos, hoy en día el gran impulso dentro de la industria pasa por la reestructuración, a menudo radical, de los materiales existentes", afirma Annika Borgenstam, profesora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales del Real Instituto de Tecnología KTH de Estocolmo."

Annika Borgenstam, Professor at the Department of Materials Science and Engineering, KTH Royal Institute of Technology.

"El uso de nuevos procesos revolucionarios como la fabricación aditiva abrirá vías completamente nuevas de utilizar los mismos tipos de materiales que tenemos hoy, incorporando las propiedades que necesitamos."

"Este compuesto de diamante impreso en 3D es una verdadera innovación. Significa que podemos empezar a utilizar el diamante en aplicaciones y formas nunca antes concebidas", afirmó Susanne Norgren, Profesora Adjunta de Ciencia de Materiales Aplicados de la Universidad de Uppsala. "Imagínense lo que podría suponer para las industrias, cuando sea posible imprimir cualquier cosa, con cualquier forma, en diamante".

Susanne Norgren, Adjunct Professor in Applied Materials Science, Uppsala University

Sostenible con propiedades superiores

Otra ventaja clave de la fabricación aditiva es que permite a los ingenieros minimizar el desperdicio de material, haciendo que la tecnología sea más sostenible. El polvo de diamante en el proceso de Sandvik puede extraerse del polímero en la lechada después de la impresión, y luego reciclarse y reutilizarse en otro trabajo de impresión.

El compuesto de diamante se ha sometido a pruebas y se ha descubierto que tiene una dureza extremadamente alta, una conductividad térmica excepcional, al tiempo que posee baja densidad, muy buena expansión térmica y una fantástica resistencia a la corrosión.

"Ahora tenemos la capacidad de crear compuestos de diamante resistentes con formas muy complejas mediante la fabricación aditiva, lo que cambiará radicalmente la forma en que las industrias podrán utilizar este material. Por ahora, el único límite a la forma y el uso de este material superduro es la imaginación del diseñador", concluye Mikael Schuisky.

Desde que se escribió este artículo, Sandvik ha decidido centrarse en el crecimiento de sus ventas de polvo metálico y ha interrumpido sus servicios de fabricación aditiva.