Sandvik crée le premier composite diamanté imprimé en 3D

Sandvik a créé le premier composite de diamant imprimé en 3D. Bien que ce diamant ne brille pas, il est parfait pour une large gamme d'utilisations industrielles. Ce matériau très dur peut être imprimé en 3D dans des formes très complexes et peut ainsi révolutionner la façon dont l'industrie utilise le matériau naturel le plus dur de la planète.

Le diamant est plus dur que tout ce qui existe dans la nature. Il est un composant clé d'une large gamme d'outils résistants à l'usure dans l'industrie, de l'exploitation minière et du forage à l'usinage, en passant par les implants médicaux. Depuis 1953, il est possible de produire du diamant synthétique, mais comme il est très dur et compliqué à usiner, il est presque impossible de lui donner des formes complexes.

Jusqu'à présent, la production de matériaux diamantés très durs n'a permis de réaliser que quelques configurations géométriques simples. En utilisant la fabrication additive et une méthode de post-traitement exclusive et sur mesure, Sandvik a réussi à imprimer en 3D des composites diamantés qui peuvent prendre presque n'importe quelle forme.

La différence entre un diamant Sandvik et un diamant naturel ou synthétique est que le premier est un matériau composite. La majeure partie du matériau est du diamant, mais pour le rendre imprimable et dense, il doit être cimenté dans un matériau matriciel très dur, tout en conservant les propriétés physiques les plus importantes du diamant pur.

Les possibilités sont énormes

Grâce à la fabrication additive, les composants en diamant peuvent être créés prêts à l'emploi, dans des formes très complexes, sans qu'il soit nécessaire de les usiner. Cela ouvrira la possibilité d'utiliser le diamant dans des applications qui étaient auparavant considérées comme impossibles.

"Historiquement, l'impression 3D d'un diamant était quelque chose qu'aucun d'entre nous n'imaginait réalisable", explique Anders Ohlsson, directeur de la livraison chez Sandvik.

"En voyant son potentiel, nous avons commencé à nous demander ce qu'il serait possible de faire d'autre en imprimant en 3D des formes complexes dans un matériau trois fois plus rigide que l'acier, avec une conductivité thermique supérieure à celle du cuivre, une dilatation thermique proche de celle de l'Invar - et une densité proche de celle de l'aluminium. Ces avantages nous amènent à penser que ce composite diamanté sera utilisé dans de nouvelles applications industrielles de pointe, allant des pièces d'usure aux programmes spatiaux, d'ici quelques années seulement".

Le processus d'impression 3D

le processus de fabrication additive utilisé est très avancé", explique Mikael Schuisky, responsable de la R&D et des opérations chez Sandvik, "Nous imprimons dans une boue composée de poudre de diamant et de polymère à l'aide d'une méthode appelée stéréolithographie, qui permet de produire des pièces complexes, couche par couche, à l'aide d'une lumière ultraviolette".

"Cette étape était extrêmement compliquée. Cependant, après des efforts considérables en matière de R&D et plusieurs essais, nous avons réussi à prendre le contrôle du processus et à fabriquer le premier composite de diamant imprimé en 3D".

"Il était incroyable de voir ce que nous pouvons réaliser lorsque nous combinons notre expertise de pointe en matière de technologie des matériaux avec nos solides capacités en matière de fabrication additive et de post-traitement", a commenté Mikael Schuisky. "Nous disposons de certains des meilleurs experts mondiaux à la fois en matière de matériaux et de fabrication additive, ce qui, dans un cas comme celui-ci, peut bénéficier à de nombreuses industries dans le monde entier, rendant possible l'utilisation du diamant dans des applications et des formes jamais conçues auparavant."

"Plutôt que de chercher à développer des matériaux entièrement nouveaux, l'industrie s'oriente aujourd'hui vers une restructuration souvent radicale des matériaux existants, explique Annika Borgenstam, professeur au département de science et d'ingénierie des matériaux de l'Institut royal de technologie KTH de Stockholm.

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

"L'utilisation de nouveaux procédés révolutionnaires tels que la fabrication additive ouvrira de toutes nouvelles voies d'utilisation des mêmes types de matériaux que ceux dont nous disposons aujourd'hui, en y intégrant les propriétés dont nous avons besoin."

"Ce composite de diamant imprimé en 3D est une véritable innovation. Cela signifie que nous pouvons commencer à utiliser le diamant dans des applications et des formes jamais conçues auparavant", a déclaré Susanne Norgren, professeur adjoint en science des matériaux appliqués à l'université d'Uppsala. Imaginez ce que cela pourrait apporter aux industries, lorsqu'il sera possible d'imprimer n'importe quoi, dans n'importe quelle forme - en diamant".

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

Des propriétés durables et supérieures

Un autre avantage clé de la fabrication additive est qu'elle permet aux ingénieurs de minimiser les déchets de matériaux, ce qui rend la technologie plus durable. La poudre de diamant utilisée dans le processus de Sandvik peut être extraite du polymère contenu dans la boue après l'impression, puis recyclée et réutilisée dans un autre travail d'impression.

Le composite de diamant a été testé et s'est avéré avoir une dureté extrêmement élevée, une conductivité thermique exceptionnelle, tout en possédant une faible densité, une très bonne dilatation thermique et une fantastique résistance à la corrosion.

"Nous avons maintenant la capacité de créer des composites de diamant solides dans des formes très complexes grâce à la fabrication additive, ce qui changera fondamentalement la façon dont les industries pourront utiliser ce matériau. À l'heure actuelle, la seule limite à la façon dont ce matériau très dur peut être façonné et utilisé est l'imagination du concepteur", a conclu Mikael Schuisky.

Depuis la rédaction de cet article, Sandvik a décidé de se concentrer sur la croissance de ses ventes de poudres métalliques et a mis fin à ses services de fabrication additive.