金型製造で一般的に使用される 316L ステンレス鋼の印刷性能はどのくらいですか?

1. 材料の特性: 316L ステンレス鋼 (UNS S31603/EN 1.4404) は、高温での耐食性と靭性を備えた低炭素オーステナイト系ステンレス鋼の一種です。-その主要成分には、16% ～ 18% のクロム、10% ～ 14% のニッケル、2% ～ 3% のモリブデンが含まれます。モリブデンを添加すると、特に塩化物イオンのある場所での孔食や隙間腐食に対する材料の耐性が大幅に向上します。これらの場所では、その耐食性は通常の 304 ステンレス鋼の 3 倍以上です。. 316L ステンレス鋼は海水の侵食に長期間耐えることができます。つまり、L ステンレス鋼で作られた海洋工学用金型は、他の材料で作られた金型よりも 2 ～ 3 倍長持ちします。
また、316L ステンレス鋼のオーステナイト構造により、高温でも非常に堅牢になります。その引張強さは 600 度でも 400MPa 以上を維持でき、これは通常の金型鋼の閾値 200MPa をはるかに上回ります。この特徴により、高温でのダイカストや熱成形に使用される金型に最適です。{6}}たとえば、新エネルギー車のバッテリー パック ハウジングのダイカスト金型は、400 度のアルミニウム液体の衝撃に耐えることができます。 1 つの金型は 80,000 回以上の使用に耐えることができ、これは一般的な H13 鋼製金型より 40% 長くなります。
2. 印刷プロセス: いくつかの技術パスを使用して金型作成のニーズを満たす
316L ステンレス鋼を 3D プリントするには、選択的レーザー溶解 (SLM)、直接金属レーザー焼結 (DMLS)、バインダー ジェッティングという 3 つの主な方法があります。それぞれに独自の技術的特徴があり、次のような用途に使用されます。
SLM 法では、高エネルギー密度レーザーを使用して、15～53 μm の球状粉末の層を溶かします。-これにより、密度 99.5% 以上の部品が製造されます。その主な利点は、複雑な等角冷却チャネルを印刷できることであり、これにより金型の冷却効率が大幅に向上します。たとえば、大型の自動車パネル金型では、SLM- で印刷されたコンフォーマルな水路によって金型の温度がより均一になり、± 15 度から± 3 度になり、サイクル タイムが 35% 短縮されます。
DMLS テクノロジー: エネルギー密度の低いレーザーを使用して、厚さ 20 ～ 63 μ m の粉末を部分的に溶解します。これは、大きな構造部品を印刷するのに適しています。内部にハニカム格子構造を備えた軽量の金型を作成できるという事実が、この製品の特別な点です。これにより、金型の強度を損なうことなく軽量化が可能になります。たとえば、航空機エンジンのブレード金型では、DMLS によって製造されるドット マトリックス構造により、金型の重量が 40% 削減され、剛性はわずか 10% 削減されます。
接着剤スプレー技術: インクジェット ヘッドを使用して接着剤を重ねてスプレーし、45 ～ 150 μm の粉末を接着します。その後、脱脂して焼結することで強度を高めます。この技術は最大 500cm3/h の速度で印刷でき、大規模な金型ブランクの製造には十分な速度です。たとえば、家電ケースの金型を作成する場合、接着剤スプレー技術により、ブランクの作成にかかる時間が 7 日から 2 日に短縮され、各品目のコストが 60% 削減されます。
3. 機能の良さ: 精度、強度、耐食性の適切な組み合わせ
寸法精度: 316L ステンレス鋼 3D プリントの寸法精度は ± 0.05 mm (100 mm ～ 100 mm のサイズの場合) で、表面粗さ Ra は < 3.2 μm です。サポート構造の設計と印刷設定を改善することで、複雑なキャビティの精密な金型を作成することが可能になります。たとえば、医療用インプラントの型の製造に使用される SLM プリントされたチタン合金歯冠型の精度は ± 0.02 mm 以内であり、これは臨床インプラントに必要な精度です。
物理的特性: 316L ステンレス鋼の印刷部品は、加熱後、引張強さ 650MPa、降伏強さ 480MPa、伸び率 30% に耐えることができます。 3D プリンティングによって作成された小さな等軸結晶粒構造により、他の鍛造素材よりも疲労に対して 15% 強いです。極低温処理後、半導体の梱包に使用される DMLS プリントモールドの疲労寿命は 50,000 サイクルから 120,000 サイクルに増加しました。
316L ステンレス鋼のプリント部品は、一般的な鋳造材料よりも優れた耐腐食性を備えています。 3.5% NaCl 溶液中では、316L ステンレス鋼部品の孔食電位は +320mV (SCE) に達します。これは、従来の鋳造材料よりも 80mV 高くなります。印刷工程で形成される均一で緻密な酸化皮膜により、耐食性の面で優れています. 316Lステンレス鋼は、フッ素樹脂が分解する際に発生する強力な腐食性ガスに長期間耐えることができます。金型寿命はDC53金型鋼の8倍です。
4. ビジネスでの活用：試作から大量生産まで
航空宇宙分野: 特定のタイプのエンジン タービン ディスク鍛造金型を製造するために、SLM テクノロジーを使用して 316L ステンレス鋼の金型を印刷し、1.2 トン軽く、680 kg 重く、同時に 25% 剛性を高めました。 5000 回の熱サイクル試験後の金型キャビティのサイズ変化は 0.02 mm 未満であり、航空グレードの精度基準を満たしています。
新エネルギー自動車の産業: DMLS テクノロジーは、コンフォーマルな冷却水パイプと格子支持構造を組み合わせた金型を印刷します。これにより、金型の温度が 40% 均一になり、結果の反り量が 0.5% から 0.15% に減少します。この金型は年間生産量10万セットに達し、広く使用されています。
医療機器の分野: 接着剤スプレー技術と CNC 精密機械加工の組み合わせにより、整形外科用インプラントの型の作製に使用されるチタン合金寛骨臼カップ型の迅速な変更が可能になります。設計から完成品までにかかる時間が 45 日から 7 日に短縮され、各ユニットのコストが 70% 削減されました。