Jaka jest wydajność drukowania stali nierdzewnej 316L powszechnie stosowanej w produkcji form?

1. Właściwości materiału: Stal nierdzewna 316L (UNS S31603/EN 1.4404) to rodzaj nisko-austenitycznej stali nierdzewnej, która charakteryzuje się odpornością na korozję i wytrzymałością w wysokich temperaturach. Jego kluczowe składniki obejmują 16% do 18% chromu, 10% do 14% niklu i 2% do 3% molibdenu. Dodatek molibdenu sprawia, że ​​materiał jest znacznie bardziej odporny na korozję wżerową i szczelinową, szczególnie w miejscach z jonami chlorkowymi. W tych miejscach jej odporność na korozję jest ponad trzykrotnie większa niż w przypadku zwykłej stali nierdzewnej 304. 316Stal nierdzewna L jest odporna na erozję pod wpływem wody morskiej przez długi czas, co oznacza, że ​​wykonane z niej formy do inżynierii morskiej wytrzymają 2–3 razy dłużej niż formy wykonane z innych materiałów.
Ponadto austenityczna struktura stali nierdzewnej 316L sprawia, że ​​jest ona bardzo wytrzymała w wysokich temperaturach. Jego wytrzymałość na rozciąganie może nadal utrzymywać się powyżej 400 MPa w temperaturze 600 stopni, czyli znacznie powyżej progu 200 MPa zwykłej stali formierskiej. Ta cecha sprawia, że ​​idealnie nadaje się do form stosowanych w-odlewaniu ciśnieniowym i termoformowaniu w wysokich temperaturach. Na przykład forma odlewnicza-obudowy akumulatorów w nowych samochodach napędzanych energią może wytrzymać uderzenie cieczy aluminiowej o temperaturze 400 stopni. Pojedyncza forma może wytrzymać ponad 80 000 zastosowań, czyli o 40% dłużej niż typowe formy ze stali H13.
2. Proces druku: wykorzystanie kilku ścieżek technologicznych dla potrzeb wykonania form
Istnieją trzy główne sposoby drukowania 3D stali nierdzewnej 316L: selektywne stapianie laserowe (SLM), bezpośrednie spiekanie laserowe metali (DMLS) i natryskiwanie spoiwa. Każdy ma swoje własne cechy techniczne i zastosowania:
Metoda SLM wykorzystuje laser o wysokiej-gęstości energii do topienia warstw kulistego proszku o średnicy 15–53 μm. Daje to części o gęstości 99,5% lub wyższej. Jego główną zaletą jest możliwość drukowania skomplikowanych konforemnych kanałów chłodzących, co znacznie zwiększa skuteczność chłodzenia form. Na przykład w dużych formach do paneli samochodowych-drukowane metodą SLM konforemne kanały wodne wyrównują temperaturę formy w zakresie od ± 15 stopni do ± 3 stopni, co skraca czas cyklu o 35%.
Technologia DMLS: wykorzystuje laser o niższej gęstości energii do częściowego stopienia proszku o grubości od 20 do 63 μm. Jest to dobre rozwiązanie w przypadku drukowania dużych części konstrukcyjnych. Fakt, że może wytwarzać lekkie formy z siatkami o strukturze plastra miodu, czyni go tak wyjątkowym. Dzięki temu formy są lżejsze bez utraty wytrzymałości. Na przykład w formach łopatek silników lotniczych struktura matrycy punktowej wytwarzana przez DMLS zmniejsza ciężar formy o 40%, a sztywność tylko o 10%.
Technologia natryskiwania kleju: Użyj głowicy atramentowej do natryskiwania kleju jeden na drugi, aby związać proszek o grubości 45–150 μm. Następnie odtłuszczenie i spiekanie wzmocni go. Techniką tą można drukować z prędkością do 500cm³/h, co jest wystarczającą szybkością do wykonywania wykrojów form na dużą skalę. Na przykład podczas wykonywania form do obudów elektroniki użytkowej technologia natryskiwania kleju skraca czas potrzebny na wykonanie wykroju z 7 dni do 2 dni i obniża koszt każdego elementu o 60%.
3. Jak dobrze to działa: dobre połączenie dokładności, wytrzymałości i odporności na korozję
Dokładność wymiarów: Precyzja wymiarowa druku 3D ze stali nierdzewnej 316L może wynosić zaledwie ± 0,05 mm (dla rozmiarów od 100 mm do 100 mm), a chropowatość powierzchni Ra wynosi < 3,2 µm. Możliwe jest wykonanie precyzyjnych form o skomplikowanych wnękach poprzez ulepszenie konstrukcji konstrukcji nośnej i ustawień druku. Na przykład formy koron dentystycznych ze stopu tytanu drukowane metodą SLM, używane do wytwarzania form implantów medycznych, mają dokładność w zakresie ± 0,02 mm, co jest wymagane w przypadku implantów klinicznych.
Właściwości fizyczne: Po podgrzaniu części drukowane ze stali nierdzewnej 316L wytrzymują wytrzymałość na rozciąganie 650 MPa, granicę plastyczności 480 MPa i współczynnik wydłużenia 30%. Drobna, równoosiowa struktura ziaren, którą tworzy druk 3D, sprawia, że ​​jest ona o 15% wytrzymalsza na zmęczenie niż inne materiały do ​​kucia. Po obróbce kriogenicznej trwałość zmęczeniowa form drukowanych DMLS stosowanych do pakowania półprzewodników wzrosła z 50 000 cykli do 120 000 cykli.
Części drukowane ze stali nierdzewnej 316L są bardziej odporne na korozję niż typowe materiały odlewnicze. W 3,5% roztworze NaCl potencjał wżerów w częściach ze stali nierdzewnej 316L osiąga +320mV (SCE), czyli o 80 mV więcej niż w przypadku tradycyjnych materiałów odlewniczych. Jednolita i gęsta warstwa tlenku, która tworzy się podczas procesu drukowania, zapewnia jej przewagę pod względem odporności na korozję.. 316Stal nierdzewna L jest odporna na działanie silnie korozyjnych gazów wydzielających się podczas długotrwałego rozkładu tworzyw fluorowych. Żywotność formy jest ośmiokrotnie dłuższa niż w przypadku stali formierskiej DC53.
4. Zastosowanie w biznesie: od wykonania prototypów po wykonanie ich wielu
Dziedzina lotnictwa i kosmonautyki: Do produkcji pewnego rodzaju matrycy do kucia tarczy turbiny silnika, zastosowano technologię SLM do wydrukowania form ze stali nierdzewnej 316L, które były o 1,2 tony lżejsze i 680 kg cięższe, a jednocześnie były o 25% sztywniejsze. Zmiana wielkości wnęki formy jest mniejsza niż 0,02 mm po 5000 cyklach testów termicznych, co spełnia standardy precyzji klasy lotniczej.
Przemysł nowych pojazdów energetycznych: technologia DMLS drukuje formy, które łączą konforemne rury wody chłodzącej i kratowe konstrukcje wsporcze. Wyrównuje to temperaturę formy o 40% i zmniejsza stopień wypaczenia wyniku od 0,5% do 0,15%. Forma jest stosowana na szeroką skalę, a roczna produkcja wynosi 100 000 zestawów.
W obszarze wyrobów medycznych: Połączenie technologii natryskiwania kleju i precyzyjnej obróbki CNC pozwala na szybkie zmiany form panewkowych ze stopu tytanu stosowanych do wykonywania form implantów ortopedycznych. Czas potrzebny od projektu do gotowego produktu został skrócony z 45 dni do 7 dni, co obniżyło koszt każdego urządzenia o 70%.