Sandvik luo ensimmäisen 3D-tulostetun timanttikomposiitin

Sandvik on luonut ensimmäisen 3D-tulostetun timanttikomposiitin. Vaikka tämä timantti ei kimaltele, se soveltuu erinomaisesti monenlaiseen teolliseen käyttöön. Tämä erittäin kova materiaali voidaan 3D-tulostaa erittäin monimutkaisiin muotoihin, ja se voi siten mullistaa tavan, jolla teollisuus käyttää planeetan kovinta luonnonmateriaalia.

Timantti on kovempaa kuin mikään muu luonnossa. Se on keskeinen komponentti lukuisissa kulumista kestävissä työkaluissa teollisuudessa kaivostoiminnasta ja porauksesta koneistukseen ja myös lääketieteellisiin implantteihin. Synteettistä timanttia on voitu valmistaa vuodesta 1953 lähtien, mutta koska se on niin kovaa ja monimutkaista työstää, monimutkaisten muotojen muodostaminen on lähes mahdotonta.

Tähän asti superkovien timanttimateriaalien tuotannossa on voitu muodostaa vain muutamia yksinkertaisia geometrisia muotoja. Käyttämällä additiivista valmistusta ja räätälöityä, omaa jälkikäsittelymenetelmää Sandvik onnistui 3D-tulostamaan timanttikomposiitteja, jotka voidaan muotoilla lähes mihin tahansa muotoon.

Sandvikin timantin ja luonnollisen tai synteettisen timantin ero on siinä, että ensin mainittu on komposiittimateriaali. Suurin osa materiaalista on timanttia, mutta jotta se olisi tulostettavissa ja tiivis, se on sementoitava erittäin kovaan matriisimateriaaliin, jolloin puhtaan timantin tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet säilyvät.

Mahdollisuudet ovat valtavat

Additiivisen valmistuksen ansiosta timanttikomponentit voidaan valmistaa sovellusvalmiiksi hyvin monimutkaisissa muodoissa ilman lisätyöstöä. Tämä avaa mahdollisuuden käyttää timanttia sovelluksissa, joita aiemmin pidettiin mahdottomina.

"Historiallisesti timantin 3D-tulostaminen oli jotain sellaista, mitä kukaan meistä ei kuvitellut saavutettavaksi", selittää Sandvikin toimituspäällikkö Anders Ohlsson.

"Kun näimme sen potentiaalin, aloimme miettiä, mitä muuta olisi mahdollista 3D-tulostamalla monimutkaisia muotoja materiaalista, joka on kolme kertaa jäykempi kuin teräs, jonka lämmönjohtavuus on korkeampi kuin kuparin, lämpölaajeneminen lähellä Invaria - ja jonka tiheys on lähellä alumiinia". Näiden etujen ansiosta uskomme, että tätä timanttikomposiittia tullaan näkemään uusissa kehittyneissä teollisissa sovelluksissa kulumisosista avaruusohjelmiin jo muutaman vuoden kuluttua."

3D-tulostusprosessi

"Käytetty additiivinen valmistusprosessi on erittäin edistyksellinen", selittää Sandvikin tutkimus-, kehitys- ja tuotantopäällikkö Mikael Schuisky. "Tulostamme timanttijauheesta ja polymeeristä koostuvaan lietteeseen stereolitografiaksi kutsutulla menetelmällä, jossa monimutkaiset osat valmistetaan kerros kerrokselta ultraviolettivalon avulla.

"Tämä vaihe oli äärimmäisen monimutkainen. Laajan tutkimus- ja kehitystyön ja useiden kokeilujen jälkeen onnistuimme kuitenkin ottamaan prosessin hallintaamme ja valmistamaan ensimmäisen 3D-tulostetun timanttikomposiitin."

"Oli uskomatonta nähdä, mitä voimme saavuttaa, kun yhdistämme johtavan asiantuntemuksemme materiaaliteknologiassa ja vahvat valmiutemme additiivisessa valmistuksessa ja jälkikäsittelyssä", kommentoi Mikael Schuisky. "Meillä on maailman johtavia asiantuntijoita sekä materiaalien että additiivisen valmistuksen alalla, mikä tällaisessa tapauksessa voi hyödyttää monia teollisuudenaloja ympäri maailmaa, jolloin timanttia on mahdollista käyttää sovelluksissa ja muodoissa, joita ei ole aiemmin ajateltu mahdollisiksi.""

"Sen sijaan, että pyrittäisiin todella kehittämään täysin uusia materiaaleja, nykyään teollisuuden suuri ponnistus on olemassa olevien materiaalien usein radikaali uudelleenjärjestely", sanoo Annika Borgenstam, Tukholman Kuninkaallisen teknillisen korkeakoulun KTH:n materiaalitieteen ja -tekniikan laitoksen professori."

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

"Käyttämällä vallankumouksellisia uusia prosesseja, kuten additiivista valmistusta, avautuu täysin uusia tapoja käyttää samantyyppisiä materiaaleja, joita meillä on nykyäänkin, rakentamalla niihin tarvitsemamme ominaisuudet."

"Tämä 3D-tulostettu timanttikomposiitti on todellinen innovaatio. Se tarkoittaa, että voimme alkaa käyttää timanttia sovelluksissa ja muodoissa, joita ei ole koskaan aiemmin ajateltu mahdollisiksi", sanoo Susanne Norgren, Uppsalan yliopiston soveltavan materiaalitieteen apulaisprofessori. "Kuvitelkaa, mitä se voisi tehdä teollisuudelle, kun on mahdollista tulostaa mitä tahansa, missä tahansa muodossa - timantista."

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

Kestävä ja ylivoimaiset ominaisuudet

Toinen additiivisen valmistuksen keskeinen etu on se, että sen avulla insinöörit voivat minimoida materiaalihävikin, mikä tekee teknologiasta kestävämmän. Sandvikin prosessissa käytetty timanttijauhe voidaan tulostuksen jälkeen irrottaa lietteen sisältämästä polymeeristä, minkä jälkeen se voidaan kierrättää ja käyttää uudelleen toisessa tulostustyössä.

Timanttikomposiitti on testattu ja todettu erittäin kovaksi, lämmönjohtavuudeltaan poikkeuksellisen hyväksi, mutta sillä on myös alhainen tiheys, erittäin hyvä lämpölaajeneminen ja loistava korroosionkestävyys.

"Meillä on nyt mahdollisuus luoda vahvoja timanttikomposiitteja hyvin monimutkaisiin muotoihin additiivisen valmistuksen avulla, mikä muuttaa perusteellisesti tapaa, jolla teollisuus pystyy käyttämään tätä materiaalia. Tällä hetkellä ainoa raja sille, miten tätä erittäin kovaa materiaalia voidaan muotoilla ja käyttää, on suunnittelijan mielikuvitus", Mikael Schuisky totesi.

Tämän artikkelin kirjoittamisen jälkeen Sandvik on päättänyt keskittyä metallijauheiden myynnin kasvattamiseen ja lopettanut additiivisen valmistuksen palvelut.