Столовые приборы и хирургические инструменты, автозапчасти и лопатки турбин – нержавеющая сталь окружает нас повсюду. Неудивительно – ведь это легкий и доступный металл, исключительно устойчивый к коррозии и высоким температурам. Применяется он и в аддитивном производстве.
Существует множество видов нержавеющей стали и бесчисленные вариации внутри каждого вида. Не всякая нержавейка совместима с 3D‑печатью, и производители аддитивных установок, как правило, определяют конкретных поставщиков расходных материалов для своих машин. Можно утверждать, что благодаря своим свойствам 316L – самая широко используемая в аддитивных процессах нержавеющая сталь.
Вы читаете сокращенную версию статьи. Полностью материал доступен в нашем блоге
Что такое 316L?
Это низкоуглеродистый стальной сплав аустенитного класса на основе никеля, хрома и молибдена, сочетающий в себе отличную прочность, высокую пластичность и хорошие термические свойства. За счет высокой стойкости к коррозии, в том числе химической, выкрашиванию и воздействию хлорида этот материал подходит для изготовления компонентов машин (теплообменники, детали турбинных и автомобильных двигателей, выхлопные системы, компоненты оборудования в нефтегазовой, химической, энергетической, авиационной, судостроительной и других отраслях), потребительских товаров, медицинских устройств, а также он совместим с пищевыми продуктами. По общим показателям этот сплав лучше марок 310 и 304. Российский аналог AISI 316L по ГОСТ – 03Х17Н14М3.
Преимущества 3D‑печати нержавеющей сталью 316L
1. Антикоррозийные свойства
Нержавеющая сталь 316L обладает превосходной коррозионной стойкостью, особенно к морской воде, органическим кислотам, щелочам, солям и многим неорганическим соединениям, что обеспечивает напечатанным изделиям долгий срок службы в неблагоприятных окружающих условиях и агрессивных средах.
2. Высокая прочность и термостойкость
После 3D‑печати сталь этой марки в целом сохраняет высокую прочность и твердость, отличается хорошей высокотемпературной прочностью и долговечностью, поэтому может использоваться в высокотемпературных средах.
3. Биосовместимость
316L не вызывает явных реакций отторжения при имплантации в организм человека в течение длительного времени, а также аллергии, в связи с чем ее широко применяют для создания медицинских имплантатов.
Одна из возможностей 3D‑печати порошком 316L – быстрое создание кастомизированных пресс-форм для производства обуви. Время печати на SLM-принтере HBD – 65 часов
4. Превосходная эффективность 3D‑печати
Порошок 316L легко плавится, а его микроструктура после охлаждения и застывания получается однородной и плотной, что способствует обеспечению механических свойств и точности размеров напечатанных деталей.
5. Экологичность
Нержавеющая сталь 316L отвечает концепции устойчивого развития современной промышленности: она производит мало отходов в процессе производства и использования.
Сферы применения
1. Аэрокосмическая промышленность
316L может использоваться для изготовления сложных легких изделий в авиационно-космической отрасли, таких как полые кронштейны, сетчатые каркасы и трубы камеры сгорания. Эти детали должны не только обладать отличной коррозионной стойкостью и высокой прочностью, но и выдерживать экстремальные температуры и высокое давление.
2. Автомобилестроение
Благодаря своей высокой прочности и антикоррозионным свойствам этот материал применяется в автомобильном производстве для печати сложных деталей, таких как корпуса турбокомпрессоров, компоненты выхлопной системы и тормозов.
3. Медицинские изделия
В медицине нержавеющая сталь 316L широко используется для производства имплантатов и хирургических инструментов. Превосходная биосовместимость и коррозионная стойкость делают ее идеальным выбором для изготовления индивидуальных имплантатов, таких как костные пластины, костные гвозди и тазобедренные суставы.
4. Промышленный сектор
В промышленности материал подходит для изготовления высокоточных пресс‑форм и химического оборудования. Например, при проектировании под 3D‑печать форм для литья под давлением можно предусмотреть сложные каналы конформного охлаждения, что повышает эффективность производства и продлевает срок службы форм. А за счет стойкости к коррозии сплав годится для производства прочных труб, клапанов и компонентов реакторов, работающих в агрессивных химических средах.
Пример серийной SLM‑печати: 444 разъема для зарядного устройства напечатаны из 316L на установке HBD 400 за 26 часов – одна деталь за 3,5 минуты!
SLM‑технология
Селективное лазерное плавление – самая распространенная технология 3D‑печати металлами (на нее приходится около 80 % рынка металлических 3D‑принтеров), а также широко используемый метод печати нержавеющей сталью 316L. Именно на SLM‑печати мы сфокусируемся в нашей статье.
В SLM‑машинах используются мощные лазеры, выборочно расплавляющие металлический порошок в заранее сформированном слое. Процесс построения заключается в послойном формировании цельной модели.
При выборе SLM‑принтера, в зависимости от ваших задач, обращайте внимание на мощность лазера, диаметр лазерного луча, скорость сканирования, толщину слоя (от 20 до 120 мкм), стратегию охлаждения деталей и другие характеристики, которые отличают продукты разных производителей и модели одного бренда. Поверхность выращенной в принтере детали получается достаточно шероховатой, и ей может потребоваться механическая постобработка (к примеру, фрезерование, шлифование, полировка, пескоструйная обработка, электроэрозия и пр.).
Характеристики порошка
Рассмотрим состав и свойства металлического порошка 316L от китайского производителя HBD, одного из лидеров рынка SLM‑печати. Компания разрабатывает и выпускает как широкую линейку аддитивных установок, так и расходные материалы к ним.
Химический состав
Дисперсность порошка: 15‑53 мкм
Размер гранул по результатам испытаний:
- D10 = 18,4 мкм
- D50 = 31,1 мкм
- D90 = 51,4 мкм
Стандарт на методы испытаний: GB/T19077
Механические свойства
Стандарты на методы испытаний: GB/T 228.1‑2015, GB/T 230.1‑2018
Термообработка при 800 °С в течение 2 часов, охлаждение в печи
Эксплуатационные свойства детали
- Плотность*: ~7.9 г/см3
- Плотность (металлографический метод)*: >99,9 %
- Шероховатость поверхности Ra (после пескоструйной обработки)**: ≧6 мкм
Стандарты на методы испытаний: *GB/T 3850‑2015, **GB/T 40389‑2021
В полной версии статьи вы узнаете, в каких еще процессах аддитивного производства используется 316L и какие выгоды дает на практике печать этим материалом в автомобильном производстве