Revolutionerande 3D-printning: Nu kan vi ”skriva ut” världens hårdaste material
Tänk dig att du ska bygga en mobiltelefon eller en bil. För att göra delarna extremt hållbara använder man ofta material som är så hårda att de nästan är omöjliga att bearbeta. Det är som att försöka skära i en diamant med en vanlig kökskniv – det går helt enkelt inte. Men japanska forskare har nu knäckt en kod som kan förändra hur vi tillverkar allt från borrverktyg till tunga maskindelar. De har hittat ett sätt att använda 3D-printning för att skapa material som är lika hårda som de dyraste industriella komponenterna, men med betydligt mindre spill.
Vad är egentligen hårdmetall?
För att förstå varför detta är en så stor grej måste vi först titta på vad det är för material vi pratar om. Det handlar om en blandning av två saker: volframkarbid och kobolt.
Volframkarbid är ett av de hårdaste material vi känner till. Det används i allt som ska skära, borra eller pressa genom metall. Men volframkarbid i sig är sprött, som glas – om du slår på det med en hammare kan det splittras. Därför blandar man det med kobolt. Kobolten fungerar som ett slags ”superlim” eller bindemedel som håller ihop de stenhårda volframpartiklarna. Tillsammans bildar de något som kallas hårdmetall.
Detta material är livsviktigt i industrin. Utan hårdmetall skulle vi inte kunna borra i betong, skära i stål eller bygga de avancerade maskiner som krävs för att tillverka allt från flygplan till bilar. Men det finns ett stort problem: materialet är både extremt dyrt och väldigt svårt att forma.
Problemet med att ”skära bort” material
Idag tillverkas de flesta verktyg av hårdmetall genom en metod som kallas pulvermetallurgi. Man tar ett fint pulver av volframkarbid och kobolt, pressar ihop det med enorm kraft under högt tryck och värmer sedan upp det i en ugn. När det svalnat har man en solid bit av hårdmetall.
Men det här sättet har en nackdel: man börjar ofta med en stor bit material och skär sedan bort det som inte behövs för att få fram den exakta formen man vill ha. Det är lite som att försöka skulptera en staty ur ett stort marmorblock. Det fungerar, men det slösar enorma mängder material. Eftersom både volfram och kobolt är dyra och svåra att utvinna, är det ett stort slöseri med både pengar och naturresurser att kasta bort material som man egentligen inte behöver.
3D-printning: Att bygga där det behövs
Här kommer den nya tekniken in i bilden. Forskare vid Hiroshima universitet och Mitsubishi Materials Hardmetal Corporation i Japan har undersökt om man kan använda additiv tillverkning, vilket är det vetenskapliga namnet för 3D-printning.
Skillnaden är fundamental. Istället för att börja med en stor klump och skära bort delar (subtraktiv tillverkning), så bygger man upp föremålet lager för lager precis där materialet faktiskt behövs (additiv tillverkning).
Tänk dig att du ska laga en skadad kant på en dyr cykelram. Istället för att byta ut hela ramen mot en ny, så lägger du bara på ett nytt lager metall precis där skadan är. Det är precis det här forskarna vill göra med hårdmetall. Genom att bara printa hårdmetallen på de ytor som faktiskt utsätts för slitage – till exempel spetsen på en borr – kan man ha en billigare och lättare stomme i mitten. Det sparar massor av pengar och, ännu viktigare, det sparar på jordens resurser.
En svår balansgång mellan smälta och mjuka upp
Det låter enkelt: bara skjuta ut lite metall och låta en laser smälta det. Men det är här det blir riktigt komplicerat.
Om man smälter hårdmetallen helt med en laser, händer något jobbigt. Materialet kan ändra sin inre
