Kakšna je zmogljivost tiskanja nerjavečega jekla 316L, ki se običajno uporablja pri izdelavi kalupov?

1. Lastnosti materiala: Nerjaveče jeklo 316L (UNS S31603/EN 1.4404) je vrsta avstenitnega nerjavečega jekla z nizko-ogljično odpornostjo, ki ima odpornost proti koroziji in žilavost pri visokih temperaturah. Njegove ključne komponente vključujejo 16 % do 18 % kroma, 10 % do 14 % niklja in 2 % do 3 % molibdena. Zaradi dodajanja molibdena je material veliko bolj odporen proti luknjičasti in razpokani koroziji, zlasti na mestih s kloridnimi ioni. Na teh mestih je njegova odpornost proti koroziji več kot trikrat večja od običajnega nerjavečega jekla 304. 316Nerjaveče jeklo L se lahko dolgo upira eroziji z morsko vodo, kar pomeni, da bodo kalupi za pomorski inženiring, izdelani iz njega, zdržali 2- do 3-krat dlje kot kalupi, izdelani iz drugih materialov.
Poleg tega je zaradi avstenitne strukture nerjavečega jekla 316L zelo robustno pri visokih temperaturah. Njegova natezna trdnost lahko še vedno ostane nad 400 MPa pri 600 stopinjah, kar je veliko višje od praga 200 MPa običajnega kalupnega jekla. Zaradi te lastnosti je kot nalašč za kalupe, ki se uporabljajo-pri tlačnem litju in termoformiranju pri visokih temperaturah. Kalup-za tlačno ulivanje ohišja baterijskega paketa avtomobilov z novo energijo lahko na primer prenese udarce aluminijeve tekočine pri 400 stopinjah. Posamezen kalup lahko zdrži več kot 80.000 uporab, kar je 40 % dlje od običajnih jeklenih kalupov H13.
2. Postopek tiskanja: uporaba več tehnoloških poti za izpolnitev potreb izdelave kalupov
Obstajajo trije glavni načini za 3D tiskanje nerjavečega jekla 316L: selektivno lasersko taljenje (SLM), neposredno lasersko sintranje kovin (DMLS) in brizganje veziva. Vsak ima svoje tehnične značilnosti in uporabo:
Metoda SLM uporablja laser z visoko{0}}energijsko gostoto za taljenje plasti 15–53 μm sferičnega prahu. To naredi dele z gostoto 99,5 % ali več. Njegova glavna prednost je, da lahko natisne zapletene konformne hladilne kanale, ki močno povečajo učinkovitost hlajenja kalupov. Na primer, v kalupih za velike avtomobilske plošče SLM-natisnjeni konformni vodni kanali naredijo temperaturo kalupa bolj enakomerno in gredo od ± 15 stopinj do ± 3 stopinje, kar skrajša čas cikla za 35 %.
Tehnologija DMLS: uporablja laser z nižjo energijsko gostoto za delno taljenje prahu, ki je debel od 20 do 63 μm. To je dobro za tiskanje velikih strukturnih delov. Dejstvo, da lahko izdeluje lahke kalupe s satastimi mrežastimi strukturami znotraj, je tisto, zaradi česar je tako poseben. Zaradi tega so kalupi lažji, ne da bi pri tem izgubili trdnost. Pri kalupih za lopatice letalskih motorjev, na primer, matrična struktura, ki jo proizvaja DMLS, zmanjša težo kalupa za 40 % in togost za samo 10 %.
Tehnologija brizganja lepila: z glavo za brizgalne tiskalnike napršite lepilo eno na drugo, da zlepite 45–150 μm prah. Potem bo z razmaščevanjem in sintranjem okrepljen. Ta tehnika lahko tiska s hitrostjo do 500 cm³/h, kar je dovolj hitro za izdelavo surovcev kalupov v velikem obsegu. Na primer, pri izdelavi kalupov za ohišja potrošniške elektronike tehnologija brizganja lepila skrajša čas, ki je potreben za izdelavo surovca, s 7 dni na 2 dni in zniža stroške vsakega izdelka za 60 %.
3. Kako dobro deluje: Dobra mešanica natančnosti, trdnosti in odpornosti proti koroziji
Natančnost dimenzij: Dimenzijska natančnost 3D-tiskanja iz nerjavečega jekla 316L je lahko tako nizka kot ± 0,05 mm (za velikosti med 100 mm in 100 mm), površinska hrapavost Ra pa je < 3,2 μm. Z izboljšanjem zasnove podporne strukture in nastavitev tiskanja je mogoče izdelati natančne modele kompleksnih votlin. Na primer, SLM natisnjeni kalupi za zobne krone iz titanove zlitine, ki se uporabljajo za izdelavo kalupov za medicinske vsadke, so natančni do ± 0,02 mm, kar je potrebno za klinične vsadke.
Fizikalne lastnosti: Po segrevanju lahko tiskani deli iz nerjavečega jekla 316L prenesejo natezno trdnost 650 MPa, mejo tečenja 480 MPa in stopnjo raztezka 30 %. Zaradi drobne enakoosne zrnate strukture, ki jo ustvari 3D-tiskanje, je za 15 % močnejši od drugih materialov za kovanje. Po kriogeni obdelavi se je življenjska doba kalupov, natisnjenih z DMLS, ki se uporabljajo za pakiranje polprevodnikov, povečala s 50.000 ciklov na 120.000 ciklov.
Tiskani deli iz nerjavečega jekla 316L lahko bolje prenesejo korozijo kot običajni materiali za ulivanje. V 3,5-odstotni raztopini NaCl potencial luknjičaste luknje delov iz nerjavečega jekla 316L doseže +320mV (SCE), kar je 80 mV več kot pri tradicionalnih materialih za ulivanje. Enoten in gost oksidni film, ki nastane med postopkom tiskanja, mu daje prednost v smislu odpornosti proti koroziji. 316Nerjaveče jeklo L lahko dolgo časa prenese močne jedke pline, ki se sproščajo, ko fluoroplastika razpade. Življenjska doba kalupa je osemkrat daljša od življenjske dobe jekla za kalupe DC53.
4. Uporaba v poslu: od izdelave prototipov do izdelave velikega števila
Področje letalstva: Za izdelavo določene vrste matrice za kovanje diskov motorne turbine je bila tehnologija SLM uporabljena za tiskanje kalupov iz nerjavečega jekla 316L, ki so bili 1,2 tone lažji in 680 kg težji, hkrati pa so postali 25 % trši. Sprememba velikosti votline kalupa je manjša od 0,02 mm po 5000 termičnih ciklih preskušanja, kar ustreza standardom natančnosti letalskega razreda.
Industrija novih energetskih vozil: tehnologija DMLS tiska kalupe, ki združujejo konformne cevi za hladilno vodo in rešetkaste podporne strukture. To naredi temperaturo kalupa enakomernejšo za 40% in zniža količino ukrivljenosti v rezultatu z 0,5% na 0,15%. Kalup se uporablja v širokem obsegu, z letno proizvodnjo 100.000 kompletov.
Na področju medicinskih pripomočkov: kombinacija tehnologije brizganja lepila in CNC natančne obdelave omogoča hitre spremembe kalupov acetabularnih skodelic iz titanove zlitine, ki se uporabljajo za izdelavo ortopedskih kalupov za vsadke. Čas, potreben za prehod od zasnove do končnega izdelka, je bil skrajšan s 45 dni na 7 dni, kar je znižalo stroške vsake enote za 70 %.