Sandvik crea il primo composito diamantato stampato in 3D

Sandvik ha creato il primo diamante composito stampato in 3D. Pur non brillando, questo diamante è perfetto per un'ampia gamma di usi industriali. Questo materiale durissimo può essere stampato in 3D in forme molto complesse e può quindi rivoluzionare il modo in cui l'industria utilizza il materiale naturale più duro del pianeta.

Il diamante è più duro di qualsiasi altra cosa in natura. È un componente chiave di un'ampia gamma di utensili resistenti all'usura nell'industria, dall'estrazione mineraria alla perforazione, alla lavorazione meccanica e anche agli impianti medici. Dal 1953 è possibile produrre diamante sintetico, ma poiché è così duro e complicato da lavorare, è quasi impossibile formare forme complesse.

Finora, la produzione di materiali diamantati super duri ha permesso di formare solo alcune semplici configurazioni geometriche. Utilizzando la produzione additiva e un metodo di post-elaborazione proprietario e su misura, Sandvik è riuscita a stampare in 3D compositi di diamante che possono essere formati in quasi tutte le forme.

La differenza tra un diamante Sandvik e un diamante naturale o sintetico è che il primo è un materiale composito. La maggior parte del materiale è diamante, ma per renderlo stampabile e denso deve essere cementato in una matrice molto dura, mantenendo le proprietà fisiche più importanti del diamante puro.

Le opportunità sono enormi

Grazie all'uso della fabbricazione additiva, i componenti in diamante possono essere creati pronti per l'applicazione, in forme molto complesse, senza bisogno di ulteriori lavorazioni. Questo aprirà la possibilità di utilizzarlo in applicazioni che prima erano considerate impossibili.

"Storicamente, la stampa 3D di un diamante era qualcosa che nessuno di noi immaginava fosse realizzabile", ha spiegato Anders Ohlsson, Delivery Manager di Sandvik.

"Quando abbiamo visto il suo potenziale, abbiamo iniziato a chiederci cos'altro sarebbe stato possibile ottenere stampando in 3D forme complesse in un materiale che è tre volte più rigido dell'acciaio, con una conducibilità termica superiore al rame, un'espansione termica vicina all'Invar e una densità vicina all'alluminio. Questi vantaggi ci fanno credere che tra pochi anni vedremo questo composito diamantato in nuove applicazioni industriali avanzate, dalle parti soggette a usura ai programmi spaziali".

Il processo di stampa 3D

il processo di produzione additiva utilizzato è molto avanzato", ha spiegato Mikael Schuisky, Responsabile Ricerca e Sviluppo e Operazioni di Sandvik, "Stiamo stampando in un impasto composto da polvere di diamante e polimero utilizzando un metodo chiamato stereolitografia, in cui le parti complesse vengono prodotte, strato per strato, utilizzando la luce ultravioletta".

"Questo passo è stato estremamente complicato. Tuttavia, dopo un'intensa attività di ricerca e sviluppo e diverse prove, siamo riusciti a prendere il controllo del processo e a realizzare il primo composito di diamante stampato in 3D".

"È stato incredibile vedere cosa possiamo ottenere quando combiniamo la nostra esperienza leader nella tecnologia dei materiali con le nostre solide capacità nella produzione additiva e nella post-elaborazione", ha commentato Mikael Schuisky. "Abbiamo alcuni dei maggiori esperti al mondo sia nei materiali che nella produzione additiva, che in un caso come questo può portare benefici a molte industrie in tutto il mondo, rendendo possibile l'uso del diamante in applicazioni e forme mai concepite prima".

"Piuttosto che cercare di sviluppare materiali completamente nuovi, oggi la grande spinta all'interno dell'industria riguarda la ristrutturazione, spesso radicale, dei materiali esistenti", ha dichiarato Annika Borgenstam, professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma".

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

"L'uso di nuovi processi rivoluzionari come la fabbricazione additiva aprirà modi completamente nuovi di utilizzare gli stessi tipi di materiali che abbiamo oggi, incorporando le proprietà di cui abbiamo bisogno".

"Questo composito di diamanti stampato in 3D è una vera innovazione. Significa che possiamo iniziare a utilizzare il diamante in applicazioni e forme mai concepite prima", ha dichiarato Susanne Norgren, professore aggiunto di Scienza dei materiali applicati presso l'Università di Uppsala. "Immaginate cosa potrebbe fare alle industrie, quando sarà possibile stampare qualsiasi cosa, in qualsiasi forma - in diamante".

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

Sostenibile con proprietà superiori

Un altro vantaggio fondamentale della produzione additiva è che consente agli ingegneri di ridurre al minimo gli scarti di materiale, rendendo la tecnologia più sostenibile. La polvere di diamante nel processo di Sandvik può essere estratta dal polimero nell'impasto dopo la stampa, per poi essere riciclata e riutilizzata in un altro lavoro di stampa.

Il composito di diamante è stato testato e ha dimostrato di avere una durezza estremamente elevata, un'eccezionale conduttività termica, una bassa densità, un'ottima espansione termica e una fantastica resistenza alla corrosione.

"Ora abbiamo la possibilità di creare compositi di diamante resistenti in forme molto complesse attraverso la produzione additiva, il che cambierà radicalmente il modo in cui le industrie saranno in grado di utilizzare questo materiale. Per ora, l'unico limite a come questo materiale super-duro può essere modellato e utilizzato è l'immaginazione del progettista", ha concluso Mikael Schuisky.

Da quando è stato scritto questo articolo, Sandvik ha deciso di concentrarsi sulla crescita delle vendite di polveri metalliche e ha interrotto i servizi di produzione additiva.