¿Cuál es el rendimiento de impresión del acero inoxidable 316L que se utiliza habitualmente en la fabricación de moldes?

1. Propiedades del material: el acero inoxidable 316L (UNS S31603/EN 1.4404) es un tipo de acero inoxidable austenítico con bajo contenido de carbono-que tiene resistencia a la corrosión y tenacidad a altas temperaturas. Sus componentes clave incluyen entre un 16% y un 18% de cromo, entre un 10% y un 14% de níquel y entre un 2% y un 3% de molibdeno. La adición de molibdeno hace que el material sea mucho más resistente a la corrosión por picaduras y grietas, especialmente en lugares con iones de cloruro. En estos lugares, su resistencia a la corrosión es más de tres veces mayor que la del acero inoxidable 304 normal. El acero inoxidable L puede resistir la erosión del agua de mar durante mucho tiempo, lo que significa que los moldes de ingeniería marina fabricados con él durarán de 2 a 3 veces más que los moldes fabricados con otros materiales.
Además, la estructura austenítica del acero inoxidable 316L lo hace muy robusto a altas temperaturas. Su resistencia a la tracción aún puede mantenerse por encima de 400 MPa a 600 grados, lo que es mucho más alto que el umbral de 200 MPa del acero para moldes normal. Esta característica lo hace perfecto para moldes utilizados en fundición a presión-y termoformado a altas temperaturas. El molde-de fundición a presión para la carcasa del paquete de baterías de los automóviles de nueva energía, por ejemplo, puede soportar el impacto de un líquido de aluminio a 400 grados. Un solo molde puede durar más de 80.000 usos, un 40 % más que los moldes de acero H13 típicos.
2. Proceso de impresión: utilizar varios caminos tecnológicos para satisfacer las necesidades de fabricación de moldes.
Hay tres formas principales de imprimir acero inoxidable 316L en 3D: fusión selectiva por láser (SLM), sinterización directa de metal por láser (DMLS) y inyección de aglutinante. Cada uno tiene sus propias características técnicas y usos:
El método SLM utiliza un láser de alta-densidad de energía para fundir capas de polvo esférico de 15 a 53 μm. Esto produce piezas con una densidad del 99,5% o superior. Su principal beneficio es que puede imprimir canales de enfriamiento conformados complicados, lo que aumenta en gran medida la efectividad de enfriamiento de los moldes. Por ejemplo, en moldes de paneles de automóviles grandes, los canales de agua conformados impresos con SLM- hacen que la temperatura del molde sea más uniforme, pasando de ± 15 grados a ± 3 grados, lo que reduce el tiempo del ciclo en un 35 %.
Tecnología DMLS: utiliza un láser con menor densidad de energía para fundir parcialmente polvo de 20 a 63 μm de espesor. Esto es bueno para imprimir piezas estructurales grandes. El hecho de que pueda fabricar moldes livianos con estructuras de celosía alveolar en su interior es lo que lo hace tan especial. Esto hace que los moldes sean más ligeros sin perder fuerza. En los moldes de palas de motores de aviones, por ejemplo, la estructura de matriz de puntos producida por DMLS reduce el peso del molde en un 40% y la rigidez en sólo un 10%.
Tecnología de pulverización de adhesivo: utilice un cabezal de inyección de tinta para pulverizar adhesivo uno encima del otro para unir un polvo de 45 a 150 μm. Luego, desengrasarlo y sinterizarlo hará que sea más fuerte. Esta técnica puede imprimir a una velocidad de hasta 500 cm³/h, que es lo suficientemente rápida para fabricar moldes en bruto a gran escala. Por ejemplo, mientras se fabrican moldes para cajas de productos electrónicos de consumo, la tecnología de pulverización de adhesivo reduce el tiempo que lleva fabricar un espacio en blanco de 7 días a 2 días y reduce el costo de cada artículo en un 60%.
3. Qué tan bien funciona: una buena combinación de precisión, solidez y resistencia a la corrosión
Precisión de las dimensiones: la precisión dimensional de la impresión 3D de acero inoxidable 316L puede ser tan baja como ± 0,05 mm (para tamaños entre 100 mm y 100 mm) y la rugosidad de la superficie Ra es < 3,2 μm. Es posible realizar moldes precisos de cavidades complejas mejorando el diseño de la estructura de soporte y los ajustes de impresión. Por ejemplo, los moldes para coronas dentales de aleación de titanio impresos con SLM que se utilizan para fabricar moldes para implantes médicos tienen una precisión de ± 0,02 mm, que es lo que se necesita para los implantes clínicos.
Propiedades físicas: después de calentarse, las piezas impresas de acero inoxidable 316L pueden soportar una resistencia a la tracción de 650 MPa, un límite elástico de 480 MPa y una tasa de alargamiento del 30 %. La pequeña estructura de grano equiaxial que crea la impresión 3D la hace un 15% más resistente a la fatiga que otros materiales de forja. Después del tratamiento criogénico, la vida útil de los moldes impresos DMLS utilizados para empaquetar semiconductores aumentó de 50.000 ciclos a 120.000 ciclos.
Las piezas impresas de acero inoxidable 316L pueden resistir la corrosión mejor que los materiales de fundición típicos. En una solución de NaCl al 3,5 %, el potencial de picaduras de las piezas de acero inoxidable 316L alcanza +320mV (SCE), que es 80 mV mayor que el de los materiales de fundición tradicionales. La película de óxido uniforme y densa que se forma durante el proceso de impresión le da una ventaja en términos de resistencia a la corrosión.. 316El acero inoxidable puede soportar fuertes gases corrosivos que se liberan cuando los fluoroplásticos se descomponen durante mucho tiempo. La vida útil del molde es ocho veces mayor que la del acero para moldes DC53.
4. Uso en los negocios: De hacer prototipos a hacer muchos de ellos
Campo aeroespacial: para fabricar un determinado tipo de matriz de forja de disco de turbina de motor, se utilizó la tecnología SLM para imprimir moldes de acero inoxidable 316L que eran 1,2 toneladas más livianos y 680 kg más pesados, al tiempo que los hacían un 25 % más rígidos. El cambio de tamaño de la cavidad del molde es inferior a 0,02 mm después de 5000 ciclos térmicos de prueba, lo que cumple con los estándares de precisión de grado aeronáutico.
Industria de vehículos de nueva energía: la tecnología DMLS imprime moldes que combinan tuberías de agua de refrigeración conformadas y estructuras de soporte de celosía. Esto hace que la temperatura del molde sea más uniforme en un 40% y reduce la cantidad de deformación en el resultado del 0,5% al ​​0,15%. El molde se utiliza a gran escala, con una producción anual de 100.000 juegos.
En el campo de los dispositivos médicos: la combinación de la tecnología de pulverización de adhesivo y el mecanizado preciso CNC permite cambios rápidos a los moldes de copa acetabular de aleación de titanio utilizados para fabricar moldes de implantes ortopédicos. El tiempo que lleva pasar del diseño al producto terminado se ha reducido de 45 días a 7 días, lo que ha reducido el coste de cada unidad en un 70%.