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Diamant aus dem 3D-Drucker – Sensation oder Fake?

Diamant aus dem 3D-Drucker – Sensation oder Fake?

Sandvik Additive Manufacturing hat angeblich das erste 3D-gedruckte Diamantverbundmaterial entwickelt. Obwohl dieser Diamant nicht funkelt, soll er perfekt für eine Vielzahl von industriellen Anwendungen sein.

Laut Sandvik Additive Manufacturing ist es Realität: Das Unternehmen hat laut Pressemeldung das erste 3D-gedruckte Diamantverbundmaterial entwickelt und jüngst in Detroit der Öffentlichkeit präsentiert. Mit dem neuen Verfahren kann das Material nun in hochkomplexen Formen in 3D gedruckt werden und so die Art und Weise revolutionieren, wie die Industrie das härteste natürliche Material der Welt verwendet.

Diamant ist härter als alles andere in der Natur. Es ist eine Schlüsselkomponente in einer Vielzahl von verschleißfesten Werkzeugen in der Industrie, vom Bergbau und Bohren über die Bearbeitung bis hin zu medizinischen Implantaten. Seit 1953 ist es möglich, synthetischen Diamanten herzustellen, aber da er so hart und kompliziert zu bearbeiten ist, ist es fast unmöglich, komplexe Formen zu bilden.

Bislang konnten bei der Herstellung von superharten Diamantmaterialien nur wenige einfache geometrische Konfigurationen realisiert werden. Durch den Einsatz von additiver Fertigung und einer maßgeschneiderten, proprietären Nachbearbeitungsmethode ist es Sandvik gelungen, Diamantverbundwerkstoffe in 3D zu drucken, und sie so in nahezu jede Form zu bringen.

Durch den Einsatz von additiver Fertigung und einer speziellen Nachbearbeitungsmethode lassen sich Diamantverbundwerkstoffe in 3D drucken und in nahezu jede Form bringen.

Der Unterschied zwischen Sandviks Diamant und natürlichem oder synthetischem Diamant besteht darin, dass es sich bei Sandviks um ein Verbundmaterial handelt. Der größte Teil des Materials ist Diamant, aber um es druckbar und kompakt zu machen, muss es in einem sehr harten Matrixmaterial zementiert werden, wobei die wichtigsten physikalischen Eigenschaften des reinen Diamanten erhalten bleiben.

Ungeahnte Möglichkeiten

Durch den Einsatz von Additive Manufacturing kann Sandvik nun Diamantkomponenten anwendungsfertig in sehr komplexen Formen ohne weitere Bearbeitung erstellen. Dies eröffnet die Möglichkeit, es in Anwendungen einzusetzen, die bisher für unmöglich gehalten wurden.

“Historisch gesehen war der 3D-Druck in Diamant etwas, das niemand von uns für realisierbar hielt”, erklärte Anders Ohlsson, Delivery Manager bei Sandvik Additive Manufacturing. “Schon jetzt beginnen wir gerade erst, die Möglichkeiten und Anwendungen zu erfassen, die dieser Durchbruch haben könnte.

“Als wir das Potenzial entdeckten, begannen wir uns zu fragen, was sonst noch möglich wäre, wenn wir komplexe Formen in einem Material drucken würden, das dreimal steifer ist als Stahl, mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher ist als die von Kupfer, der Wärmeausdehnung in der Nähe von Invar – und mit einer Dichte, die der von Aluminium nahe kommt. Angesichts dieser Vorteile sind wir sicher, dass dieses Diamantverbundmaterial in nur wenigen Jahren in neuen fortgeschrittenen industriellen Anwendungen von Verschleißteilen bis hin zu Weltraumprogrammen zu sehen sein wird.”

Der 3D-Druckprozess

“Der verwendete additive Herstellungsprozess ist sehr hoch entwickelt”, erklärt Mikael Schuisky, Head of R&D and Operations bei Sandvik Additive Manufacturing. “Wir drucken mit einem Gemisch aus Diamantpulver und Polymer in einem Verfahren namens Stereolithographie, bei dem komplexe Teile Schicht für Schicht mit ultraviolettem Licht hergestellt werden.

Der Prozess nach dem 3D-Druck ist jedoch noch anspruchsvoller. Hier hat Sandvik ein maßgeschneidertes, proprietäres Nachbearbeitungsverfahren entwickelt, das es ermöglicht, die genauen Eigenschaften des superharten Diamantverbunds zu erzielen.

“Dieser Schritt war extrem kompliziert. Nach umfangreichen F&E-Aufwendungen und mehreren Versuchen gelang es uns jedoch, die Kontrolle über den Prozess zu übernehmen und das erste gedruckte 3D-Diamantverbundmaterial herzustellen.”

“Es war unglaublich zu sehen, was wir erreichen können, wenn wir unser Fachwissen in der Materialtechnologie mit unseren Fähigkeiten in der additiven Fertigung sowie der Nachbearbeitung kombinieren”, sagte Mikael Schuisky. “Wir verfügen über einige der weltweit führenden Experten sowohl in der Werkstoff- als auch in der additiven Fertigung, was in diesem Fall vielen Industrien auf der ganzen Welt zugutekommen kann und es möglich machen, Diamant in bisher ungeahnten Anwendungen und Formen einzusetzen.”

“Anstatt tatsächlich völlig neue Materialien zu entwickeln, geht es heute in der Industrie vor allem um die oft radikale Umstrukturierung bestehender Materialien”, sagt Annika Borgenstam, Professorin am Department of Materials Science and Engineering am KTH Royal Institute of Technology in Stockholm.

“Der Einsatz revolutionärer neuer Verfahren wie der additiven Fertigung wird völlig neue Wege eröffnen, die gleichen Materialien wie heute zu verwenden, indem wir die Eigenschaften einbauen, die wir brauchen.”

“Sandviks 3D bedruckter Diamantverbund ist eine echte Innovation. Das bedeutet, dass wir anfangen können, Diamant in Anwendungen und Formen zu verwenden, die bisher nicht möglich waren”, sagt Susanne Norgren, außerordentliche Professorin für angewandte Materialwissenschaft an der Universität Uppsala. “Stell dir vor, was es der Industrie antun könnte, wenn es möglich ist, alles zu drucken, in jeder Form – in Diamant.”

Der Diamantverbund wurde getestet und weist eine extrem hohe Härte, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit, eine geringe Dichte, eine sehr gute thermische Ausdehnung und eine fantastische Korrosionsbeständigkeit auf.

Nachhaltig mit überlegenen Eigenschaften

Ein weiterer wichtiger Vorteil der additiven Fertigung ist, dass sie es Ingenieuren ermöglicht, Materialabfälle zu minimieren und die Technologie nachhaltiger zu gestalten. Das Diamantpulver im Sandvik-Prozess kann nach dem Druck aus dem Polymer in der Aufschlämmung extrahiert, dann recycelt und in einem anderen Druckauftrag wiederverwendet werden.

“Wir haben jetzt die Möglichkeit, durch additive Fertigung starke Diamantverbunde in sehr komplexen Formen herzustellen, die die Art und Weise, wie die Industrie dieses Material einsetzen kann, grundlegend verändern werden. Ab sofort ist die einzige Grenze, wie dieses superharte Material sein kann, die Phantasie des Designers.

 

 

Quelle: Sandvik

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