Quali sono le prestazioni di stampa dell'acciaio inossidabile 316L comunemente utilizzato nella produzione di stampi?

1. Proprietà del materiale: l'acciaio inossidabile 316L (UNS S31603/EN 1.4404) è un tipo di acciaio inossidabile austenitico a basso-carbonio dotato di resistenza alla corrosione e tenacità alle alte temperature. I suoi componenti chiave includono dal 16% al 18% di cromo, dal 10% al 14% di nichel e dal 2% al 3% di molibdeno. L'aggiunta di molibdeno rende il materiale molto più resistente alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, soprattutto in luoghi con ioni cloruro. In questi luoghi, la sua resistenza alla corrosione è più di tre volte quella del normale acciaio inossidabile 304. 316L. L'acciaio inossidabile può resistere a lungo all'erosione dell'acqua di mare, il che significa che gli stampi di ingegneria navale realizzati con questo materiale dureranno da 2 a 3 volte più a lungo rispetto agli stampi realizzati con altri materiali.
Inoltre, la struttura austenitica dell'acciaio inossidabile 316L lo rende molto robusto alle alte temperature. La sua resistenza alla trazione può rimanere al di sopra di 400 MPa a 600 gradi, che è di gran lunga superiore alla soglia di 200 MPa del normale acciaio per stampi. Questa caratteristica lo rende perfetto per gli stampi utilizzati nella pressofusione-e nella termoformatura ad alte temperature. Lo-stampo di pressofusione per l'alloggiamento del pacco batteria delle auto a nuova energia, ad esempio, può sopportare l'impatto del liquido di alluminio a 400 gradi. Un singolo stampo può durare più di 80.000 utilizzi, ovvero il 40% in più rispetto ai tipici stampi in acciaio H13.
2. Processo di stampa: utilizzo di diversi percorsi tecnologici per soddisfare le esigenze di realizzazione degli stampi
Esistono tre modi principali per stampare in 3D l’acciaio inossidabile 316L: fusione laser selettiva (SLM), sinterizzazione laser diretta del metallo (DMLS) e getto di legante. Ognuno ha le sue caratteristiche tecniche e i suoi utilizzi:
Il metodo SLM utilizza un laser ad alta-densità di energia per sciogliere strati di polvere sferica da 15–53 μm. Ciò produce parti con una densità del 99,5% o superiore. Il suo vantaggio principale è che può stampare complicati canali di raffreddamento conformati, che aumentano notevolmente l'efficacia di raffreddamento degli stampi. Ad esempio, nei grandi stampi per pannelli automobilistici, i canali dell'acqua conformati stampati SLM- rendono la temperatura dello stampo più uniforme, passando da ± 15 gradi a ± 3 gradi, riducendo il tempo di ciclo del 35%.
Tecnologia DMLS: utilizza un laser con una densità di energia inferiore per sciogliere parzialmente la polvere con uno spessore compreso tra 20 e 63 μ m. Questo è utile per stampare parti strutturali di grandi dimensioni. Il fatto che possa realizzare stampi leggeri con strutture reticolari a nido d'ape all'interno è ciò che lo rende così speciale. Questo rende gli stampi più leggeri senza perdere robustezza. Negli stampi per pale di motori aeronautici, ad esempio, la struttura a matrice di punti prodotta da DMLS riduce il peso dello stampo del 40% e la rigidità solo del 10%.
Tecnologia di spruzzatura dell'adesivo: utilizzare una testina a getto d'inchiostro per spruzzare l'adesivo uno sopra l'altro per incollare polvere da 45–150 μm. Quindi, sgrassare e sinterizzare lo renderà più forte. Questa tecnica può stampare a una velocità fino a 500 cm³/h, che è abbastanza veloce per realizzare stampi grezzi su larga scala. Ad esempio, durante la realizzazione di stampi per custodie di dispositivi elettronici di consumo, la tecnologia di spruzzatura dell'adesivo riduce il tempo necessario per realizzare un pezzo grezzo da 7 a 2 giorni e riduce il costo di ciascun articolo del 60%.
3. Come funziona: un buon mix di precisione, robustezza e resistenza alla corrosione
Precisione delle dimensioni: la precisione dimensionale della stampa 3D in acciaio inossidabile 316L può essere pari a ± 0,05 mm (per dimensioni comprese tra 100 mm e 100 mm) e la rugosità superficiale Ra è < 3,2 μm. È possibile realizzare stampi precisi di cavità complesse migliorando il design della struttura di supporto e le impostazioni di stampa. Ad esempio, gli stampi per corone dentali in lega di titanio stampati SLM utilizzati per realizzare stampi per impianti medici hanno una precisione di ± 0,02 mm, che è ciò che è necessario per gli impianti clinici.
Proprietà fisiche: dopo essere state riscaldate, le parti stampate in acciaio inossidabile 316L possono resistere a una resistenza alla trazione di 650 MPa, una resistenza allo snervamento di 480 MPa e un tasso di allungamento del 30%. La minuscola struttura a grana equiassica creata dalla stampa 3D la rende il 15% più resistente alla fatica rispetto ad altri materiali di forgiatura. Dopo il trattamento criogenico, la durata a fatica degli stampi stampati DMLS utilizzati per l'imballaggio dei semiconduttori è aumentata da 50.000 cicli a 120.000 cicli.
Le parti stampate in acciaio inossidabile 316L possono resistere alla corrosione meglio dei tipici materiali di fusione. In una soluzione di NaCl al 3,5%, il potenziale di vaiolatura delle parti in acciaio inossidabile 316L raggiunge +320mV (SCE), ovvero 80 mV maggiore rispetto ai tradizionali materiali di fusione. La pellicola di ossido uniforme e densa che si forma durante il processo di stampa gli conferisce un vantaggio in termini di resistenza alla corrosione. 316L l'acciaio inossidabile può resistere per lungo tempo ai gas fortemente corrosivi che vengono rilasciati quando i fluoroplastici si rompono. La durata dello stampo è otto volte più lunga di quella dell'acciaio per stampi DC53.
4. Utilizzo nel mondo degli affari: dalla realizzazione di prototipi alla realizzazione di molti di essi
Settore aerospaziale: per realizzare un certo tipo di stampo per forgiatura di dischi di turbine per motori, la tecnologia SLM è stata utilizzata per stampare stampi in acciaio inossidabile 316L che erano 1,2 tonnellate più leggeri e 680 kg più pesanti, rendendoli al contempo più rigidi del 25%. La variazione delle dimensioni della cavità dello stampo è inferiore a 0,02 mm dopo 5.000 cicli termici di test, il che soddisfa gli standard di precisione di livello aeronautico.
Industria dei veicoli a nuova energia: la tecnologia DMLS stampa stampi che combinano tubi conformati dell'acqua di raffreddamento e strutture di supporto a traliccio. Ciò rende la temperatura dello stampo più uniforme del 40% e riduce la quantità di deformazione nel risultato dallo 0,5% allo 0,15%. Lo stampo viene utilizzato su larga scala, con una produzione annua di 100.000 set.
Nel campo dei dispositivi medici: la combinazione della tecnologia di spruzzatura adesiva e della lavorazione di precisione CNC consente modifiche rapide agli stampi delle coppe acetabolari in lega di titanio utilizzati per realizzare stampi per impianti ortopedici. Il tempo necessario per passare dalla progettazione al prodotto finito è stato ridotto da 45 a 7 giorni, con una riduzione del costo di ciascuna unità del 70%.