Hiệu suất in của thép không gỉ 316L thường được sử dụng trong sản xuất khuôn mẫu là gì?

1. Đặc tính của vật liệu: Thép không gỉ 316L (UNS S31603/EN 1.4404) là loại thép không gỉ austenit cacbon-có hàm lượng carbon thấp, có khả năng chống ăn mòn và độ bền ở nhiệt độ cao. Các thành phần chính của nó bao gồm 16% đến 18% crom, 10% đến 14% niken và 2% đến 3% molypden. Việc bổ sung molypden làm cho vật liệu có khả năng chống rỗ và ăn mòn kẽ hở cao hơn, đặc biệt là ở những nơi có ion clorua. Ở những nơi này, khả năng chống ăn mòn của nó cao hơn gấp ba lần so với thép không gỉ 304{15}}L thông thường, có thể chống xói mòn do nước biển trong thời gian dài, nghĩa là khuôn kỹ thuật hàng hải làm từ nó sẽ có tuổi thọ cao hơn từ 2 đến 3 lần so với khuôn làm từ các vật liệu khác.
Ngoài ra, cấu trúc austenit của thép không gỉ 316L làm cho nó rất chắc chắn ở nhiệt độ cao. Độ bền kéo của nó vẫn có thể duy trì trên 400MPa ở 600 độ, cao hơn nhiều so với ngưỡng 200MPa của thép khuôn thông thường. Tính năng này làm cho nó trở nên hoàn hảo cho các khuôn dùng trong khuôn-đúc khuôn và tạo hình nhiệt ở nhiệt độ cao. Ví dụ: khuôn đúc-cho vỏ hộp pin của ô tô năng lượng mới có thể xử lý tác động của chất lỏng nhôm ở nhiệt độ 400 độ. Một khuôn đơn có thể sử dụng được hơn 80.000 lần, dài hơn 40% so với khuôn thép H13 thông thường.
2. Quy trình in ấn: sử dụng một số lộ trình công nghệ để đáp ứng nhu cầu chế tạo khuôn mẫu
Có ba cách chính để in 3D thép không gỉ 316L: nấu chảy laser chọn lọc (SLM), thiêu kết laser kim loại trực tiếp (DMLS) và phun chất kết dính. Mỗi loại đều có những đặc điểm kỹ thuật và công dụng riêng:
Phương pháp SLM sử dụng tia laser có mật độ năng lượng{{0} cao cao để làm tan chảy các lớp bột hình cầu 15–53 μm. Điều này làm cho các bộ phận có mật độ từ 99,5% trở lên. Lợi ích chính của nó là có thể in các kênh làm mát phù hợp phức tạp, giúp tăng đáng kể hiệu quả làm mát của khuôn. Ví dụ: trong các khuôn tấm ô tô lớn, các kênh nước phù hợp được in bằng SLM{7}}làm cho nhiệt độ của khuôn đồng đều hơn, từ ± 15 độ đến ± 3 độ, giúp giảm 35% thời gian chu kỳ.
Công nghệ DMLS: sử dụng tia laser có mật độ năng lượng thấp hơn để làm tan chảy một phần bột có độ dày từ 20 đến 63 μm. Điều này rất tốt cho việc in các bộ phận kết cấu lớn. Việc nó có thể tạo ra những khuôn nhẹ với cấu trúc lưới tổ ong bên trong là điều khiến nó trở nên đặc biệt. Điều này làm cho khuôn nhẹ hơn mà không mất đi độ bền. Ví dụ, trong khuôn cánh động cơ máy bay, cấu trúc ma trận điểm do DMLS tạo ra giúp giảm 40% trọng lượng của khuôn và độ cứng chỉ 10%.
Công nghệ phun keo: Dùng đầu phun phun keo lên nhau để liên kết bột 45–150 µm. Sau đó, tẩy dầu mỡ và thiêu kết sẽ làm cho nó mạnh hơn. Kỹ thuật này có thể in với tốc độ lên tới 500cm³/h, đủ nhanh để tạo phôi khuôn trên quy mô lớn. Ví dụ, khi chế tạo khuôn cho vỏ điện tử tiêu dùng, công nghệ phun keo giúp giảm thời gian tạo khuôn từ 7 ngày xuống còn 2 ngày và giảm 60% chi phí cho mỗi mặt hàng.
3. Nó hoạt động tốt như thế nào: Sự kết hợp tốt giữa độ chính xác, độ bền và khả năng chống ăn mòn
Độ chính xác của kích thước: Độ chính xác kích thước của in 3D bằng thép không gỉ 316L có thể thấp tới ± 0,05mm (đối với kích thước từ 100mm đến 100mm) và độ nhám bề mặt Ra là <3,2 μm. Có thể tạo khuôn chính xác cho các khoang phức tạp bằng cách cải tiến thiết kế cấu trúc hỗ trợ và cài đặt in. Ví dụ, khuôn mão răng bằng hợp kim titan in SLM dùng để chế tạo khuôn cấy ghép y tế có độ chính xác trong khoảng ± 0,02mm, đây là mức cần thiết cho cấy ghép lâm sàng.
Tính chất vật lý: Sau khi được nung nóng, các bộ phận in bằng thép không gỉ 316L có thể chịu được độ bền kéo 650MPa, cường độ năng suất 480MPa và độ giãn dài 30%. Cấu trúc hạt cân bằng cực nhỏ mà in 3D tạo ra giúp nó chống mỏi tốt hơn 15% so với các vật liệu rèn khác. Sau khi xử lý bằng phương pháp đông lạnh, tuổi thọ mỏi của khuôn in DMLS dùng để đóng gói chất bán dẫn đã tăng từ 50.000 chu kỳ lên 120.000 chu kỳ.
Các bộ phận được in bằng thép không gỉ 316L có thể chống ăn mòn tốt hơn các vật liệu đúc thông thường. Trong dung dịch NaCl 3,5%, khả năng rỗ của các bộ phận bằng thép không gỉ 316L đạt đến +320mV (SCE), lớn hơn 80mV so với vật liệu đúc truyền thống. Màng oxit đồng nhất và dày đặc hình thành trong quá trình in giúp nó có lợi thế về khả năng chống ăn mòn. 316Thép không gỉ L có thể chịu được các khí ăn mòn mạnh thoát ra khi nhựa dẻo phân hủy trong thời gian dài. Tuổi thọ của khuôn dài hơn tám lần so với thép khuôn DC53.
4. Sử dụng trong kinh doanh: Từ làm nguyên mẫu đến làm thật nhiều
Lĩnh vực hàng không vũ trụ: Để chế tạo một loại khuôn rèn đĩa tuabin động cơ nhất định, công nghệ SLM được sử dụng để in khuôn thép không gỉ 316L nhẹ hơn 1,2 tấn và nặng hơn 680 kg, đồng thời làm cho chúng cứng hơn 25%. Sự thay đổi kích thước của khoang khuôn nhỏ hơn 0,02mm sau 5000 chu kỳ thử nghiệm nhiệt, đáp ứng các tiêu chuẩn chính xác cấp hàng không.
Công nghiệp xe năng lượng mới: Công nghệ DMLS in các khuôn kết hợp ống nước làm mát phù hợp và cấu trúc hỗ trợ dạng lưới. Điều này làm cho nhiệt độ của khuôn đồng đều hơn 40% và giảm độ cong vênh trong kết quả từ 0,5% xuống 0,15%. Khuôn này đang được sử dụng trên quy mô rộng, với sản lượng hàng năm là 100.000 bộ.
Trong lĩnh vực thiết bị y tế: Sự kết hợp giữa công nghệ phun keo và gia công CNC chính xác cho phép thay đổi nhanh chóng khuôn cốc ổ cối bằng hợp kim titan dùng làm khuôn cấy ghép chỉnh hình. Thời gian từ thiết kế đến hoàn thiện sản phẩm đã giảm từ 45 ngày xuống còn 7 ngày, giúp giảm 70% chi phí cho mỗi đơn vị.