Koja je izvedba ispisa nehrđajućeg čelika 316L koji se obično koristi u proizvodnji kalupa?

1. Svojstva materijala: nehrđajući čelik 316L (UNS S31603/EN 1.4404) vrsta je austenitnog nehrđajućeg čelika s niskim -ugljikom koji ima otpornost na koroziju i žilavost na visokim temperaturama. Njegove ključne komponente uključuju 16% do 18% kroma, 10% do 14% nikla i 2% do 3% molibdena. Dodavanje molibdena čini materijal daleko otpornijim na rupičastu i pukotinsku koroziju, posebno na mjestima s kloridnim ionima. Na tim je mjestima njegova otpornost na koroziju više od tri puta veća od uobičajenog nehrđajućeg čelika 304. 316L nehrđajući čelik može dugo odolijevati eroziji morskom vodom, što znači da će kalupi za brodogradnju izrađeni od njega trajati 2 do 3 puta dulje od kalupa izrađenih od drugih materijala.
Također, austenitna struktura nehrđajućeg čelika 316L čini ga vrlo robusnim na visokim temperaturama. Njegova vlačna čvrstoća još uvijek može ostati iznad 400 MPa na 600 stupnjeva, što je daleko više od praga od 200 MPa uobičajenog čelika za kalupe. Ova značajka čini ga savršenim za kalupe koji se koriste-za tlačno lijevanje i termooblikovanje na visokim temperaturama. Na primjer, kalup-za lijevanje pod pritiskom za kućište paketa baterija novih energetskih automobila može podnijeti udar aluminijske tekućine na 400 stupnjeva. Jedan kalup može trajati više od 80 000 upotreba, što je 40% dulje od tipičnih H13 čeličnih kalupa.
2. Tiskarski proces: korištenje nekoliko tehnoloških puteva za potrebe izrade kalupa
Postoje tri glavna načina za 3D ispis nehrđajućeg čelika 316L: selektivno lasersko taljenje (SLM), izravno lasersko sinteriranje metala (DMLS) i mlaz veziva. Svaki ima svoje tehničke značajke i koristi:
SLM metoda koristi laser visoke-energetske gustoće za taljenje slojeva sferičnog praha veličine 15–53 μm. To čini dijelove s gustoćom od 99,5% ili većom. Njegova glavna prednost je da može ispisati komplicirane konformne rashladne kanale, što uvelike povećava učinkovitost hlađenja kalupa. Na primjer, u kalupima za velike automobilske ploče, SLM-ispisani konformni vodeni kanali čine temperaturu kalupa ravnomjernijom, krećući se od ± 15 stupnjeva do ± 3 stupnja, što skraćuje vrijeme ciklusa za 35%.
DMLS tehnologija: koristi laser s nižom gustoćom energije za djelomično taljenje praha debljine od 20 do 63 μm. Ovo je dobro za ispis velikih strukturnih dijelova. Činjenica da može izraditi lagane kalupe sa strukturom rešetke u obliku saća je ono što ga čini tako posebnim. To čini kalupe lakšima bez gubitka čvrstoće. U kalupima za lopatice motora zrakoplova, na primjer, matrična struktura koju proizvodi DMLS smanjuje težinu kalupa za 40%, a krutost za samo 10%.
Tehnologija raspršivanja ljepila: Upotrijebite inkjet glavu za raspršivanje ljepila jedno na drugo za lijepljenje praha veličine 45–150 μm. Zatim će ga ojačati odmašćivanje i sinteriranje. Ova tehnika može tiskati brzinom do 500cm³/h, što je dovoljno brzo za izradu kalupa u velikim razmjerima. Na primjer, tijekom izrade kalupa za kućišta potrošačke elektronike, tehnologija raspršivanja ljepila skraćuje vrijeme potrebno za izradu praznine sa 7 dana na 2 dana i smanjuje troškove svake stavke za 60%.
3. Koliko dobro radi: Dobra kombinacija točnosti, čvrstoće i otpornosti na koroziju
Točnost dimenzija: Dimenzijska preciznost 3D ispisa od nehrđajućeg čelika 316L može biti samo ± 0,05 mm (za veličine između 100 mm i 100 mm), a površinska hrapavost Ra je < 3,2 μm. Moguće je izraditi precizne kalupe složenih šupljina poboljšanjem dizajna potporne strukture i postavki ispisa. Na primjer, SLM tiskani kalupi za zubne krunice od legure titana koji se koriste za izradu kalupa za medicinske implantate točni su unutar ± 0,02 mm, što je ono što je potrebno za kliničke implantate.
Fizička svojstva: Nakon zagrijavanja, tiskani dijelovi od nehrđajućeg čelika 316L mogu izdržati vlačnu čvrstoću od 650 MPa, granicu razvlačenja od 480 MPa i stopu istezanja od 30%. Sićušna zrnata struktura s jednakom osi koju stvara 3D ispis čini ga 15% otpornijim na zamor od drugih materijala za kovanje. Nakon kriogene obrade, vijek trajanja DMLS tiskanih kalupa koji se koriste za pakiranje poluvodiča porastao je s 50 000 ciklusa na 120 000 ciklusa.
Tiskani dijelovi od nehrđajućeg čelika 316L mogu izdržati koroziju bolje od uobičajenih materijala za lijevanje. U 3,5% otopini NaCl, potencijal pitinga dijelova od nehrđajućeg čelika 316L doseže +320mV (SCE), što je 80mV više od tradicionalnih materijala za lijevanje. Ujednačen i gust oksidni film koji se stvara tijekom procesa tiskanja daje mu prednost u pogledu otpornosti na koroziju. 316L nehrđajući čelik može dugo izdržati jake korozivne plinove koji se oslobađaju kada se fluoroplastika razgrađuje. Vijek trajanja kalupa je osam puta duži od vijeka trajanja kalupnog čelika DC53.
4. Upotreba u poslovanju: Od izrade prototipova do izrade velikog broja njih
Područje zrakoplovstva: Za izradu određene vrste kalupa za kovanje diskova turbine motora, SLM tehnologija korištena je za ispis kalupa od nehrđajućeg čelika 316L koji su bili 1,2 tone lakši i 680 kg teži, dok su ih činili 25% tvrđim. Promjena veličine šupljine kalupa manja je od 0,02 mm nakon 5000 toplinskih ciklusa ispitivanja, što zadovoljava standarde preciznosti za zrakoplovstvo.
Industrija novih energetskih vozila: DMLS tehnologija ispisuje kalupe koji kombiniraju konformne cijevi za rashladnu vodu i rešetkaste potporne strukture. Ovo čini temperaturu kalupa ravnomjernijom za 40% i smanjuje količinu savijanja u rezultatu s 0,5% na 0,15%. Kalup se koristi u širokim razmjerima, s godišnjom proizvodnjom od 100.000 kompleta.
U području medicinskih uređaja: kombinacija tehnologije raspršivanja ljepila i CNC precizne strojne obrade omogućuje brze izmjene kalupa za acetabularne čašice od legure titana koji se koriste za izradu kalupa za ortopedske implantate. Vrijeme potrebno za prijelaz od dizajna do gotovog proizvoda smanjeno je s 45 dana na 7 dana, što je smanjilo troškove svake jedinice za 70%.