Egy speciális 3D nyomtatási technológiával létrehozták a világ első gyémánt kompozit anyagát

A gyémánt keményebb, mint bármi más a természetben. Kulcsfontosságú alkotóelem az ipari kopásálló szerszámok széles skálájában, de mivel ...

A gyémánt keményebb, mint bármi más a természetben. Kulcsfontosságú alkotóelem az ipari kopásálló szerszámok széles skálájában, de mivel igen nehéz és bonyolult a megmunkálása, szinte lehetetlen összetett alakzatokat kialakítani belőle.

Ennek megoldására a Sandvik svéd vállalat kifejlesztett egy szabadalmaztatott eljárást, amely lehetővé teszi gyémánt kompozit 3D nyomtatását, ami azt jelenti, hogy ezt a szuperkemény anyagot most már nagyon bonyolult formákban is lehet nyomtatni, ami forradalmasíthatja azt, ahogy az iparág használja a bolygó legkeményebb természetes anyagát.

A gyémántot az ipari kopásálló szerszámok széles választékában alkalmazzák, kezdve a bányászattól és a fúrástól a megmunkálásig, valamint az orvosi implantátumokig. 1953 óta lehetséges szintetikus gyémánt előállítása, de mivel olyan nehéz és bonyolult megmunkálni, szinte lehetetlen összetettebb formákat létrehozni.

Eddig a szuperkemény gyémánt alapanyagok előállítása csak néhány egyszerű geometriai konfiguráció kialakítását tette lehetővé. Adalékanyag-előállítás és egy személyre szabott, utófeldolgozási módszer alkalmazásával a Sandviknek 3D-s nyomtatással sikerült olyan gyémánt kompozitokat kinyomtatni, amelyek szinte bármilyen alakra formálhatók.

A Sandvik által létrehozott gyémánt és a természetes vagy szintetikus gyémánt közötti különbség az, hogy a Sandvik gyémántja kompozit anyag. Az anyag nagy része gyémánt, de ahhoz, hogy nyomtatható és sűrű legyen, nagyon kemény mátrix anyagba kell ragasztani, megőrizve a tiszta gyémánt legfontosabb fizikai tulajdonságait.

Hatalmas lehetőségek

Mivel a Sandvik adalékanyagokat alkalmaz, a gyémánt alkatrészek felhasználásra készen állnak, nagyon összetett alakban, további megmunkálás nélkül. Ez pedig lehetővé teszi a korábban lehetetlennek tartott alkalmazásokban való felhasználását.

"A 3D-s gyémántnyomtatás olyasmi volt, amelyet egyikünk sem gondolt volna elérhetőnek," - magyarázta Anders Ohlsson, a Sandvik Adalékanyag Gyártás szállítási igazgatója. "Még csak most  kezdjük feltárni azokat a lehetőségeket és alkalmazásokat, amelyeket ez az áttörés lehetővé tesz."

"Látva a benne lévő potenciált elgondolkodtunk azon, hogy miket lehetséges még létrehozni a 3D nyomtatású komplex formákkal, ha az anyag háromszor merevebb, mint az acél, a hővezetési képessége nagyobb, mint a rézé, a hőtágulása az Invar közelében van, és sűrűsége közel jár az alumíniuméhoz. Ezek az előnyök lehetővé teszik, hogy ez a gyémánt kompozit új, fejlett ipari alkalmazásokban jelenhessen meg, a kopó alkatrészektől kezdve az űrprogramokig, mindössze néhány év múlva."

A 3D nyomtatási folyamat

"Az alkalmazott előállítási eljárás magasan fejlett," - magyarázta Mikael Schuisky, a Sandvik Adalékanyag-gyártó Kutatás-fejlesztési és Működési Igazgatója. "Gyémántporból és polimerből álló iszapban nyomtatunk sztereolitográfia néven ismert módszer segítségével, ahol komplex alkatrészek állíthatók elő rétegenként, ultraibolya fény alkalmazásával."

A 3D-s nyomtatás utáni lépés azonban még igényesebb. Itt fejlesztett ki a Sandvik egy testreszabott, szabadalmaztatott utófeldolgozási módszert, amely lehetővé teszi a szuperkemény gyémánt kompozit pontos tulajdonságainak elérését.

"Ez a lépés rendkívül bonyolult volt. Átfogó kutatási és fejlesztési erőfeszítések és számos kísérlet után sikerült megoldanunk a folyamat irányítását és elkészítenünk az első 3D-s nyomtatott gyémánt kompozitot."

"Hihetetlen volt látni, mit lehet elérni, ha a Sandvik vezető anyagtechnikai szakértelmét összekapcsoljuk az adalékanyag-előállítás és az utófeldolgozás erős képességeivel," - mondta Mikael Schuisky.

"Van néhány a világon vezetőnek számító szakértőnk, mind az anyagok, mind az adalékanyagok gyártása terén, ami egy ilyen esetben a világ számos iparágának hasznára válhat, lehetővé téve a gyémánt olyan alkalmazásokban és formákban történő használatát, amelyek még soha nem valósultak meg."

"Ahelyett, hogy teljesen új anyagokat fejlesztenének ki, ma az iparág számára nagy lökést jelent a meglévő anyagok gyakran radikális átalakítása," - mondta Annika Borgenstam, a stockholmi KTH Királyi Technológiai Intézet Anyagtudományi és Műszaki Tanszékének professzora.

"A forradalmian új folyamatok, például az adalékanyag-előállítás használata teljesen új módszereket nyit meg ugyanazon típusú anyagok felhasználására, amelyek ma vannak, a szükséges tulajdonságok beépítésével."

"A Sandvik 3D-s nyomtatott gyémánt kompozitja egy valódi újítás. Ez azt jelenti, hogy elkezdhetjük a gyémánt alkalmazását olyan területeken és formákban, amelyekre még soha nem gondoltuk," - mondta Susanne Norgren, az Uppsala Egyetem alkalmazott anyagtudományi adjunktusa. "Képzeljük csak el, mit tehet az iparágakkal, ha bármilyen formát kinyomtathatnak gyémántból bármilyen alakban."

Fenntartható, kiváló tulajdonságokkal

Az adalékanyagok gyártásának másik kulcsfontosságú előnye, hogy lehetővé teszi a mérnökök számára az anyaghulladék minimalizálását, ezáltal fenntarthatóbbá téve a technológiát. A Sandvik eljárásában előállított gyémántpor kinyerhető a polimerből a nyomtatás után, majd újrahasznosítható és felhasználható egy másik nyomtatási feladat során.

A gyémánt kompozit anyagot tesztelték, és rendkívül nagy keménységgel, kivételes hővezető képességgel bír, ugyanakkor alacsony a sűrűsége, nagyon jó a hőtágulása és fantasztikus korrózióállósággal rendelkezik.

"Most már az adalékanyagok gyártásával képesek vagyunk nagyon összetett formájú, erős gyémánt kompozitokat előállítani, amelyek alapvetően megváltoztatják azt a módszert, amellyel az iparág képes lesz használni ezt az anyagot. Mostantól a szuperkemény anyag alakításának és felhasználásának csupán egyetlen dolog szabhat határt, a tervező fantáziája," mondta Mikael Schuisky. (1)

(1) - https://www.additive.sandvik/en/news-trends/