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Sandvik Additive Manufacturing ha creato il primo composito diamantato stampato in 3D. Anche se questo diamante non brilla, è perfetto per un'ampia gamma di usi industriali. Grazie a questo nuovo processo, questo materiale super duro può ora essere stampato in 3D in forme molto complesse e può così rivoluzionare il modo in cui l'industria utilizza il materiale naturale più duro del pianeta.
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Il composito diamantato sarà presentato alla fiera RAPID + TCT di Detroit dal 21 al 23 maggio 2019, l'evento leader in Nord America per la produzione additiva.
Il diamante è più duro di qualsiasi altra cosa in natura. È un componente chiave in una vasta gamma di utensili resistenti all'usura nell'industria, dall'estrazione e foratura alla lavorazione meccanica e anche impianti medicali. Dal 1953 è stato possibile produrre diamanti sintetici, ma poiché è così difficile e complicato da lavorare, è quasi impossibile formare forme complesse.
Finora, la produzione di materiali diamantati super duri ha permesso di realizzare solo poche semplici configurazioni geometriche. Utilizzando la produzione additiva e un metodo di post-lavorazione proprietario e su misura, Sandvik è riuscita a stampare in 3D compositi diamantati che possono essere formati in quasi tutte le forme.
Storicamente, la stampa 3D in diamante era qualcosa che nessuno di noi immaginava fosse realizzabile
La differenza tra il diamante Sandvik e il diamante naturale o sintetico è che il Sandvik è un materiale composito. La maggior parte del materiale è diamante, ma per renderlo stampabile e denso ha bisogno di essere cementato in un materiale a matrice molto dura, mantenendo le più importanti proprietà fisiche del diamante puro.
Le opportunità sono enormi
Grazie all'uso di Sandvik della produzione additiva, i componenti diamantati possono ora essere creati pronti per l'applicazione, in forme molto complesse, senza la necessità di ulteriori lavorazioni. In questo modo si aprirà la possibilità di utilizzarlo in applicazioni che in precedenza erano ritenute impossibili.
"Storicamente, la stampa 3D in diamante era qualcosa che nessuno di noi immaginava fosse realizzabile", ha spiegato Anders Ohlsson, Delivery Manager di Sandvik Additive Manufacturing. "Anche ora stiamo iniziando a cogliere le possibilità e le applicazioni che questa svolta potrebbe avere.
"Vedendone il potenziale, abbiamo iniziato a chiederci che altro sarebbe stato possibile ottenere dalla stampa 3D di forme complesse in un materiale tre volte più rigido dell'acciaio, con una conducibilità termica superiore al rame, la dilatazione termica vicino all'Invar e con una densità vicina all'alluminio. Questi vantaggi ci fanno credere che vedrete questo composito diamantato in nuove e avanzate applicazioni industriali che spaziano dalle parti soggette ad usura ai programmi spaziali, tra pochi anni"
Il processo di stampa 3D
"Il processo di produzione additiva utilizzato è molto avanzato", ha spiegato Mikael Schuisky, Responsabile R&D e Operations di Sandvik Additive Manufacturing. "Stiamo stampando in uno slurry costituito da polvere di diamante e polimero con un metodo chiamato stereolitografia, dove vengono prodotte parti complesse, strato dopo strato, utilizzando la luce ultravioletta.
Il passo dopo la stampa 3D è tuttavia ancora più impegnativo. È qui che Sandvik ha sviluppato un metodo di post-lavorazione proprietario e su misura che consente di ottenere le esatte proprietà del composito diamantato superduro.
Il composito di diamanti stampati in 3D di Sandvik è una vera innovazione. Significa che possiamo iniziare ad utilizzare il diamante in applicazioni e forme mai concepite prima d'ora
"Questo passo è stato estremamente complicato. Tuttavia, dopo lunghi sforzi di ricerca e sviluppo e diverse prove siamo riusciti a prendere il controllo del processo e abbiamo realizzato il primo composito diamantato stampato in 3D"
"È stato incredibile vedere cosa possiamo ottenere combinando l'esperienza leader di Sandvik nella tecnologia dei materiali con le nostre forti capacità nella produzione additiva e nella post-lavorazione", ha commentato Mikael Schuisky. "Abbiamo alcuni dei maggiori esperti mondiali sia nei materiali che nella produzione di additivi, che in un caso come questo possono avvantaggiare molte industrie in tutto il mondo, rendendo possibile l'utilizzo del diamante in applicazioni e forme mai concepite prima d'ora
"Piuttosto che cercare di sviluppare materiali completamente nuovi, oggi la grande spinta all'interno dell'industria comporta la ristrutturazione spesso radicale dei materiali esistenti", ha detto Annika Borgenstam, Professore presso il Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria del KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma.
"L'utilizzo di nuovi processi rivoluzionari come la produzione additiva aprirà modi completamente nuovi di utilizzare gli stessi tipi di materiali che abbiamo oggi, costruendo le proprietà di cui abbiamo bisogno"
"Il composito di diamanti stampati in 3D della Sandvik è una vera innovazione. Significa che possiamo iniziare ad utilizzare il diamante in applicazioni e forme mai concepite prima d'ora", ha detto Susanne Norgren, Professore Aggiunto di Scienza dei Materiali Applicata all'Università di Uppsala. "Immaginate cosa potrebbe fare alle industrie, quando è possibile stampare qualsiasi cosa, in qualsiasi forma, in diamante"
Immaginate cosa potrebbe fare alle industrie, quando è possibile stampare qualsiasi cosa, in qualsiasi forma - in diamante
Sostenibile con proprietà superiori
Un altro vantaggio chiave della produzione additiva è che consente agli ingegneri di ridurre al minimo gli sprechi di materiale, rendendo la tecnologia più sostenibile. La polvere di diamante nel processo Sandvik può essere estratta dal polimero nel fango dopo la stampa, per poi essere riciclata e riutilizzata in un altro lavoro di stampa.
Il composito diamantato è stato testato e trovato per avere durezza estremamente elevata, eccezionale conducibilità termica, pur possedendo anche bassa densità, ottima dilatazione termica e fantastica resistenza alla corrosione.
"Ora abbiamo la capacità di creare compositi diamantati forti in forme molto complesse attraverso la produzione additiva, che cambierà radicalmente il modo in cui le industrie saranno in grado di utilizzare questo materiale. Al momento, l'unico limite a come questo materiale super duro possa essere plasmato e utilizzato è la fantasia del designer", ha concluso Mikael Schuisky.
Fatti
Il diamante è più duro di qualsiasi altra cosa in natura.
Il composito diamantato Sandvik stampato in 3D è stato creato utilizzando il processo di produzione additiva chiamato stereolitografia, dove vengono prodotte parti complesse, strato dopo strato, utilizzando la luce ultravioletta.
Nel processo viene utilizzato un impasto contenente polvere di diamante e polimero.
Dopo la stampa, la fase successiva del processo è ancora più impegnativa. Questa è la fase critica in cui Sandvik ha sviluppato un metodo di post-lavorazione proprietario e su misura, in grado di produrre le proprietà esatte del composito diamantato.
I fanghi di stampa in eccesso possono essere riutilizzati per ridurre gli sprechi - e la polvere di diamante può anche essere estratta dai fanghi e quindi riciclata, rendendo il metodo più sostenibile.
Sandvik ha un brevetto in attesa di brevetto per il processo di composito diamantato.
