Wat zijn de printprestaties van 316L roestvrij staal dat vaak wordt gebruikt bij de productie van matrijzen?

1. Eigenschappen van het materiaal: 316L roestvrij staal (UNS S31603/EN 1.4404) is een type austenitisch roestvrij staal met een laag-koolstofgehalte dat corrosiebestendig en taai is bij hoge temperaturen. De belangrijkste componenten omvatten 16% tot 18% chroom, 10% tot 14% nikkel en 2% tot 3% molybdeen. Door molybdeen toe te voegen, wordt het materiaal veel beter bestand tegen putcorrosie en spleetcorrosie, vooral op plaatsen met chloride-ionen. Op deze plaatsen is de corrosieweerstand meer dan drie keer zo groot als die van gewoon 304 roestvrij staal.. 316L roestvrij staal kan langdurig zeewatererosie weerstaan, wat betekent dat mariene mallen die ervan worden gemaakt twee tot drie keer langer meegaan dan mallen die van andere materialen zijn gemaakt.
Bovendien maakt de austenitische structuur van 316L roestvrij staal hem zeer robuust bij hoge temperaturen. De treksterkte kan nog steeds boven de 400 MPa blijven bij 600 graden, wat veel hoger is dan de 200 MPa-drempel van gewoon vormstaal. Deze eigenschap maakt het perfect voor mallen die worden gebruikt bij spuitgieten en thermovormen bij hoge temperaturen. De spuit-gietmatrijs voor de batterijbehuizing van nieuwe energieauto's kan bijvoorbeeld de impact van aluminiumvloeistof bij 400 graden aan. Eén enkele mal kan meer dan 80.000 keer worden gebruikt, wat 40% langer is dan typische H13-stalen mallen.
2. Drukproces: gebruik van verschillende technologische paden om aan de behoeften van het maken van mallen te voldoen
Er zijn drie belangrijke manieren om 316L roestvrij staal in 3D te printen: selectief lasersmelten (SLM), direct metal laser sintering (DMLS) en binder jetting. Elk heeft zijn eigen technische kenmerken en toepassingen:
De SLM-methode maakt gebruik van een laser met hoge-energiedichtheid om lagen van 15-53 μm bolvormig poeder te smelten. Dit maakt onderdelen met een dichtheid van 99,5% of hoger. Het belangrijkste voordeel is dat het ingewikkelde conformele koelkanalen kan printen, waardoor de koeleffectiviteit van mallen aanzienlijk wordt vergroot. In grote matrijzen voor autopanelen maken SLM-geprinte conforme waterkanalen bijvoorbeeld de temperatuur van de matrijs gelijkmatiger, van ± 15 graden tot ± 3 graden, wat de cyclustijd met 35% verkort.
DMLS-technologie: maakt gebruik van een laser met een lagere energiedichtheid om poeder van 20 tot 63 μm dik gedeeltelijk te smelten. Dit is goed voor het printen van grote structurele onderdelen. Het feit dat het lichtgewicht mallen kan maken met honingraatroosterstructuren erin, maakt het zo speciaal. Hierdoor worden de mallen lichter zonder aan kracht te verliezen. Bij bladmatrijzen voor vliegtuigmotoren vermindert de door DMLS geproduceerde dot-matrixstructuur bijvoorbeeld het gewicht van de mal met 40% en de stijfheid met slechts 10%.
Lijmspuittechnologie: Gebruik een inkjetkop om lijm op elkaar te spuiten om 45–150 μm poeder te binden. Door het vervolgens te ontvetten en te sinteren, wordt het sterker. Deze techniek kan printen met een snelheid tot 500 cm³/u, wat snel genoeg is om op grote schaal matrijzen te maken. Bij het maken van mallen voor behuizingen voor consumentenelektronica verkort de lijmspuittechnologie bijvoorbeeld de tijd die nodig is om een ​​blanco te maken van 7 dagen naar 2 dagen en worden de kosten van elk item met 60% verlaagd.
3. Hoe goed het werkt: een goede mix van nauwkeurigheid, sterkte en weerstand tegen corrosie
Nauwkeurigheid van afmetingen: De dimensionale precisie van 3D-printen van 316L roestvrij staal kan zo laag zijn als ± 0,05 mm (voor maten tussen 100 mm en 100 mm), en de oppervlakteruwheid Ra is < 3,2 μm. Het is mogelijk om nauwkeurige mallen te maken van complexe holtes door het ontwerp van de ondersteuningsstructuur en de printinstellingen te verbeteren. SLM-geprinte tandkroonmallen van titaniumlegering die worden gebruikt om medische implantaatmallen te maken, zijn bijvoorbeeld nauwkeurig tot op ± 0,02 mm, wat nodig is voor klinische implantaten.
Fysieke eigenschappen: Na verhitting zijn 316L roestvrijstalen bedrukte onderdelen bestand tegen een treksterkte van 650 MPa, een vloeigrens van 480 MPa en een reksnelheid van 30%. De kleine gelijkassige korrelstructuur die 3D-printen creëert, maakt het 15% sterker tegen vermoeidheid dan andere smeedmaterialen. Na een cryogene behandeling steeg de vermoeiingslevensduur van DMLS-geprinte mallen die worden gebruikt voor het verpakken van halfgeleiders van 50.000 cycli naar 120.000 cycli.
Geprinte onderdelen van 316L roestvrij staal zijn beter bestand tegen corrosie dan typische gietmaterialen. In een NaCl-oplossing van 3,5% bereikt het putpotentieel van 316L roestvrijstalen onderdelen +320mV (SCE), wat 80 mV groter is dan bij traditionele gietmaterialen. De uniforme en dichte oxidefilm die zich tijdens het printproces vormt, geeft het een voorsprong op het gebied van corrosieweerstand.. 316L roestvrij staal is bestand tegen sterke corrosieve gassen die vrijkomen wanneer fluorkunststoffen langdurig kapot gaan. De levensduur van de matrijs is acht keer langer dan die van DC53-vormstaal.
4. Gebruik in het bedrijfsleven: van het maken van prototypes tot het maken van een groot aantal ervan
Gebied van de lucht- en ruimtevaart: Voor het maken van een bepaald type smeedmatrijs voor turbineschijven voor motoren werd SLM-technologie gebruikt om 316L roestvrijstalen mallen te printen die 1,2 ton lichter en 680 kg zwaarder waren, terwijl ze 25% stijver werden. De grootteverandering van de vormholte is minder dan 0,02 mm na 5000 thermische testcycli, wat voldoet aan de precisienormen van luchtvaartkwaliteit.
Industrie van nieuwe energievoertuigen: DMLS-technologie print mallen die conforme koelwaterleidingen en roosterondersteuningsstructuren combineren. Hierdoor wordt de temperatuur van de mal 40% gelijkmatiger en wordt de mate van kromtrekken in het resultaat verlaagd van 0,5% naar 0,15%. De mal wordt op grote schaal gebruikt, met een jaarlijkse productie van 100.000 sets.
Op het gebied van medische hulpmiddelen: de combinatie van lijmspuittechnologie en CNC-precieze bewerking maakt snelle veranderingen mogelijk aan acetabulumcupvormen van titaniumlegering die worden gebruikt om orthopedische implantaatvormen te maken. De tijd die nodig is om van ontwerp tot eindproduct te komen, is teruggebracht van 45 dagen naar 7 dagen, waardoor de kosten per eenheid met 70% zijn gedaald.