Sandvik crée le premier composite diamant imprimé en 3D

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

Le composite diamanté sera dévoilé au salon RAPID + TCT à Detroit du 21 au 23 mai 2019, le principal événement nord-américain de la fabrication d'additifs.

Le diamant est plus dur que tout dans la nature. C'est un composant clé d'une large gamme d'outils résistants à l'usure dans l'industrie, de l'extraction 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 si dur et compliqué à usiner, il est presque impossible de former des formes complexes.

Jusqu'à présent, la production de matériaux diamant super durs n'a permis de former que quelques configurations géométriques simples. En utilisant la fabrication d'additifs et une méthode de post-traitement sur mesure, Sandvik a réussi à imprimer en 3D des composites diamantés qui peuvent être formés dans presque toutes les formes.

Historiquement, l'impression 3D en diamant était quelque chose qu'aucun d'entre nous n'imaginait réalisable

La différence entre le diamant Sandvik et le diamant naturel ou synthétique est que le diamant Sandvik est un matériau composite. La plus grande partie du matériau est du diamant, mais pour qu'il soit imprimable et dense, il doit être cimenté dans un matériau à matrice très dure, en conservant les propriétés physiques les plus importantes du diamant pur.

Les opportunités sont énormes

Grâce à l'utilisation de la fabrication additive de Sandvik, les composants diamantés peuvent maintenant être créés prêts à l'emploi, dans des formes très complexes, sans avoir besoin d'usinage supplémentaire. Cela ouvrira la possibilité de l'utiliser dans des applications qui étaient auparavant considérées comme impossibles.

"Historiquement, l'impression 3D sur diamant était quelque chose qu'aucun d'entre nous n'imaginait être réalisable ", explique Anders Ohlsson, directeur de livraison chez Sandvik Additive Manufacturing. "Même maintenant, nous commençons à peine à saisir les possibilités et les applications que cette percée pourrait avoir.

"En voyant son potentiel, nous avons commencé à nous demander ce qu'il serait possible d'obtenir 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 d'Invar et une densité proche de l'aluminium. Ces avantages nous font croire que vous verrez ce composite diamanté dans de nouvelles applications industrielles de pointe allant des pièces d'usure aux programmes spatiaux, dans quelques années à peine."

Le procédé d'impression 3D

"Le procédé de fabrication des additifs utilisé est très avancé ", explique Mikael Schuisky, responsable de la R&D et des opérations chez Sandvik Additive Manufacturing. "Nous imprimons dans une suspension constituée de poudre de diamant et de polymère en utilisant une méthode appelée stéréolithographie, où des pièces complexes sont produites, couche par couche, en utilisant la lumière ultraviolette.

L'étape après l'impression 3D est cependant encore plus exigeante. C'est là que Sandvik a développé une méthode de post-traitement sur mesure et brevetée permettant d'obtenir les propriétés exactes du composite diamant super dur.

Le composite diamant imprimé en 3D de Sandvik est une véritable innovation. Cela signifie que nous pouvons commencer à utiliser le diamant dans des applications et des formes jamais imaginées auparavant

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

"C'était incroyable de voir ce que nous pouvons réaliser lorsque nous combinons l'expertise de pointe de Sandvik dans la technologie des matériaux avec nos fortes capacités dans la fabrication d'additifs et le post-traitement, " a commenté Mikael Schuisky. "Nous avons certains des plus grands experts mondiaux en matière de matériaux et de fabrication d'additifs, ce qui, dans un cas comme celui-ci, peut profiter à de nombreuses industries dans le monde entier et permettre l'utilisation du diamant dans des applications et des formes jamais imaginées auparavant"

"Plutôt que de chercher à développer des matériaux complètement nouveaux, la grande poussée de l'industrie implique aujourd'hui une restructuration souvent radicale des matériaux existants ", a déclaré Annika Borgenstam, professeur au Département de science et d'ingénierie des matériaux du KTH Royal Institute of Technology à Stockholm.

"L'utilisation de nouveaux procédés révolutionnaires tels que la fabrication d'additifs nous ouvrira de toutes nouvelles possibilités d'utiliser les mêmes types de matériaux que nous avons aujourd'hui, en construisant les propriétés dont nous avons besoin."

"Le composite diamant imprimé en 3D de Sandvik est une véritable innovation. Cela signifie que nous pouvons commencer à utiliser le diamant dans des applications et des formes jamais imaginées auparavant ", a déclaré Susanne Norgren, professeur auxiliaire en sciences appliquées des matériaux à l'Université d'Uppsala. "Imaginez ce que ça peut faire aux industries, quand il est possible d'imprimer n'importe quoi, sous n'importe quelle forme - en diamant."

Imaginez ce que cela pourrait faire aux industries, quand il est possible d'imprimer n'importe quoi, dans n'importe quelle forme - en diamant

Durable avec des propriétés supérieures

Un autre avantage clé de la fabrication d'additifs est qu'elle permet aux ingénieurs de minimiser le gaspillage de matériaux, ce qui rend la technologie plus durable. La poudre de diamant dans le procédé de Sandvik peut être extraite du polymère dans la suspension après l'impression, puis recyclée et réutilisée dans une autre machine d'impression.

Le composite diamanté a été testé et a été trouvé pour avoir une dureté extrêmement élevée, une conductivité thermique exceptionnelle, tout en possédant une faible densité, une très bonne dilatation thermique et une excellente résistance à la corrosion.

"Nous avons maintenant la capacité de créer des composites diamantés solides aux formes très complexes grâce à la fabrication d'additifs, ce qui changera fondamentalement la façon dont les industries pourront utiliser ce matériau. Pour l'instant, la seule limite à la forme et à l'utilisation de ce matériau super dur est laissée à l'imagination du designer ", conclut Mikael Schuisky.

Faits et chiffres

Le diamant est plus dur que tout dans la nature.

Le composite diamant imprimé en 3D de Sandvik a été créé à l'aide d'un procédé de fabrication additif appelé stéréolithographie, où des pièces complexes sont produites, couche par couche, à la lumière ultraviolette.

Une suspension contenant de la poudre de diamant et un polymère est utilisée dans le procédé.

Après l'impression, l'étape suivante du processus est encore plus exigeante. C'est l'étape critique à laquelle Sandvik a mis au point une méthode de post-traitement sur mesure et brevetée qui permet de produire les propriétés exactes du composite diamanté.

La boue d'impression en excès peut être réutilisée pour réduire les déchets - et la poudre de diamant peut également être extraite de la boue pour être ensuite recyclée, ce qui rend la méthode plus durable.

Sandvik a un brevet en instance pour le procédé des composites diamantés.