Koje su performanse štampanja nerđajućeg čelika 316L koji se obično koristi u proizvodnji kalupa?

1. Svojstva materijala: 316L nerđajući čelik (UNS S31603/EN 1.4404) je vrsta nisko{4}}ugljičnog austenitnog nerđajućeg čelika koji ima otpornost na koroziju i žilavost na visokim temperaturama. Njegove ključne komponente uključuju 16% do 18% hroma, 10% do 14% nikla i 2% do 3% molibdena. Dodavanje molibdena čini materijal daleko otpornijim na koroziju u obliku rupica i pukotina, posebno na mjestima s hloridnim jonima. Na ovim mjestima njegova otpornost na koroziju je više od tri puta veća od običnog nehrđajućeg čelika 304. 316L nehrđajućeg čelika može dugo odolijevati eroziji morske vode, što znači da će kalupi za brodogradnju napravljeni od njega trajati 2 do 3 puta duže od kalupa napravljenih od drugih materijala.
Također, austenitna struktura nehrđajućeg čelika 316L čini ga vrlo robusnim na visokim temperaturama. Njegova vlačna čvrstoća i dalje može ostati iznad 400MPa na 600 stepeni, što je daleko više od praga od 200MPa uobičajenog čelika za kalupe. Ova karakteristika ga čini savršenim za kalupe koji se koriste za-lijevanje pod pritiskom i termoformiranje na visokim temperaturama. Kalup za{8}}lijevanje pod pritiskom za kućište akumulatora novih energetskih automobila, na primjer, može podnijeti udar aluminijske tekućine na 400 stepeni. Jedan kalup može trajati više od 80.000 upotreba, što je 40% duže od tipičnih H13 čeličnih kalupa.
2. Proces štampe: korištenjem nekoliko tehnoloških puteva za ispunjavanje potreba izrade kalupa
Postoje tri glavna načina za 3D štampanje nerđajućeg čelika 316L: selektivno lasersko topljenje (SLM), direktno lasersko sinterovanje metala (DMLS) i brizganje veziva. Svaki ima svoje tehničke karakteristike i koristi:
SLM metoda koristi laser visoke-energetske gustoće za topljenje slojeva sfernog praha od 15–53 μm. To čini dijelove s gustinom od 99,5% ili više. Njegova glavna prednost je što može da štampa komplikovane konformne kanale za hlađenje, koji uveliko povećavaju efikasnost hlađenja kalupa. Na primjer, u velikim kalupima za automobilske ploče, SLM-štampani konformni vodeni kanali čine temperaturu kalupa ravnomjernijom, idući od ± 15 stepeni do ± 3 stepena, što skraćuje vrijeme ciklusa za 35%.
DMLS tehnologija: koristi laser sa nižom gustinom energije za djelomično topljenje praha debljine 20 do 63 μm. Ovo je dobro za štampanje velikih strukturalnih delova. Činjenica da može napraviti lagane kalupe sa rešetkastim strukturama u obliku saća je ono što ga čini posebnim. To čini kalupe lakšim bez gubitka čvrstoće. U kalupima sa oštricama avionskih motora, na primjer, matrična struktura koju proizvodi DMLS smanjuje težinu kalupa za 40%, a krutost za samo 10%.
Tehnologija raspršivanja ljepila: Koristite inkjet glavu za prskanje ljepila jedno na drugo kako biste vezali prah od 45–150 μm. Zatim će ga odmašćivanje i sinterovanje učiniti jačim. Ova tehnika može da štampa brzinom do 500 cm³/h, što je dovoljno brzo za izradu kalupa u velikim razmerama. Na primjer, dok pravite kalupe za kutije potrošačke elektronike, tehnologija raspršivanja ljepila skraćuje vrijeme potrebno za izradu blanka sa 7 dana na 2 dana i smanjuje troškove svakog artikla za 60%.
3. Koliko dobro radi: Dobra kombinacija tačnosti, snage i otpornosti na koroziju
Preciznost dimenzija: Preciznost dimenzija 316L 3D štampanja od nerđajućeg čelika može biti do ± 0,05 mm (za veličine između 100 mm i 100 mm), a hrapavost površine Ra je < 3,2 μm. Moguće je napraviti precizne kalupe složenih šupljina poboljšanjem dizajna potporne strukture i postavki za štampanje. Na primjer, SLM odštampani kalupi za zubne krunice od legure titanijuma koji se koriste za izradu medicinskih kalupa za implantate su tačni do ± 0,02 mm, što je ono što je potrebno za kliničke implantate.
Fizička svojstva: Nakon zagrevanja, štampani delovi od nerđajućeg čelika 316L mogu izdržati vlačnu čvrstoću od 650MPa, granicu tečenja od 480MPa i stopu istezanja od 30%. Sićušna ravnoosna zrnasta struktura koju stvara 3D štampa čini ga 15% jačim protiv umora od drugih materijala za kovanje. Nakon kriogenog tretmana, vek trajanja DMLS štampanih kalupa koji se koriste za pakovanje poluprovodnika porastao je sa 50.000 ciklusa na 120.000 ciklusa.
Odštampani dijelovi od nehrđajućeg čelika 316L mogu izdržati koroziju bolje od tipičnih materijala za livenje. U otopini 3,5% NaCl, potencijal pittinga dijelova od nehrđajućeg čelika 316L dostiže +320mV (SCE), što je 80mV veće od tradicionalnih materijala za livenje. Ujednačen i gust oksidni film koji se formira tokom procesa štampanja daje mu prednost u pogledu otpornosti na koroziju. 316L nerđajući čelik može izdržati jake korozivne gasove koji se oslobađaju kada se fluoroplastika dugo vremena raspada. Vijek trajanja kalupa je osam puta duži od DC53 čelika za kalupe.
4. Upotreba u poslovanju: od izrade prototipa do izrade velikog broja njih
Polje vazduhoplovstva: Za izradu određenog tipa matrice za kovanje diskova sa turbinom motora, SLM tehnologija je korišćena za štampanje kalupa od nerđajućeg čelika od 316L koji su bili 1,2 tone lakši i 680 kg teži, dok su bili 25% čvršći. Promjena veličine šupljine kalupa je manja od 0,02 mm nakon 5000 termičkih ciklusa testiranja, što zadovoljava standarde preciznosti za avijaciju.
Industrija vozila nove energije: DMLS tehnologija štampa kalupe koji kombinuju konformne cevi za rashladnu vodu i rešetkaste potporne strukture. Time je temperatura kalupa ujednačena za 40% i smanjuje se količina savijanja u rezultatu sa 0,5% na 0,15%. Kalup se koristi u širokom opsegu, sa godišnjom proizvodnjom od 100.000 kompleta.
U području medicinskih uređaja: Kombinacija tehnologije raspršivanja ljepila i CNC precizne obrade omogućava brzu promjenu kalupa za acetabularne čaše od legure titana koji se koriste za izradu ortopedskih kalupa za implantate. Vrijeme potrebno za prelazak od dizajna do gotovog proizvoda smanjeno je sa 45 na 7 dana, što je smanjilo troškove svake jedinice za 70%.