Proses pencetakan SLM keluli tahan karat 316L: daripada peleburan laser kepada kaedah pembuatan komponen tahan kakisan

1. Ciri-ciri Bahan dan Latar Belakang Aplikasi Keluli Tahan Karat 316L

316L ialah sejenis keluli tahan karat austenit karbon rendah, mengandungi 17-19% kromium, 10-14% nikel, dan 2-3% molibdenum. Penambahan unsur molibdenum meningkatkan dengan ketara keupayaan ketahanan kakisan bahan dalam persekitaran ion klorida. Sifat mekanikal: kekuatan tegangan 480-620MPa, kekuatan alah 170-310MPa, pemanjangan 40-50%. Prestasi ketahanan kakisan: kadar kakisan dalam larutan 3.5% NaCl kurang daripada 0.01mm setahun. Bidang aplikasi: implan perubatan, peralatan kimia, peralatan marin. Kelebihan SLM: pembuatan bersepadu struktur kompleks, kadar penggunaan bahan lebih daripada 95%, penghantaran pantas tanpa acuan.

2. Prinsip Proses SLM dan Keperluan Peralatan

Prinsip proses SLM: pancaran laser berketumpatan tenaga tinggi mengimbas secara selektif lapisan serbuk logam, menyebabkan serbuk mencair sepenuhnya dan memejal dengan cepat, lalu terbentuk secara berlapis. Keperluan peralatan: jenis laser ialah laser gentian (panjang gelombang 1064nm), kuasa laser 200-400W, diameter titik cahaya 50-100 mikron, kelajuan pengimbasan 200-1000mm sesaat, ketebalan lapisan serbuk 20-50 mikron, gas pelindung dalam ruang pembentukan ialah argon ketulenan tinggi (kandungan oksigen kurang daripada 0.1%). Suhu plat dasar: dipanaskan awal hingga 80-200 darjah Celsius untuk mengurangkan tegasan sisa. Ciri serbuk 316L: kebulatan lebih daripada 95%, taburan saiz zarah 15-45 mikron, prestasi aliran kadar aliran Hall kurang daripada 25 saat per 50g.

3. Pengoptimuman Parameter Proses dan Kawalan Kualiti

Parameter yang disyorkan: kuasa laser 200-250W, kelajuan pengimbasan 600-800mm sesaat, jarak pengimbasan 80-100 mikron, ketebalan lapisan 30 mikron, dengan ketumpatan tenaga sepadan 85-100J setiap milimeter padu. Kaedah pengoptimuman parameter: eksperimen pengimbasan satu laluan, eksperimen pencetakan blok, eksperimen pencetakan batang ujian tegangan. Kawalan kualiti: pengesanan ketumpatan lebih daripada 99.5%, kekasaran permukaan Ra 5-15 mikron, ketepatan dimensi plus minus 0.05-0.1mm. Kecacatan biasa: pembentukan sfera, keyhole, retak, liang.

4. Struktur Mikro, Sifat dan Proses Pascaproses

Ciri struktur mikro 316L yang dicetak SLM: butiran equiaxed yang halus, ketumpatan kehelan yang tinggi, substruktur selular. Sifat mekanikal: kekuatan tegangan 580-650MPa, kekuatan alah 440-510MPa, pemanjangan 35-45%. Proses pascaproses: penyepuhlindapan pelepas tegasan (450-500 darjah Celsius, 2-4 jam), rawatan larutan pepejal (1050-1100 darjah Celsius, 0.5-1 jam), pemesinan, penggilapan, dan pasivasi.

5. Kes Aplikasi Sebenar

Kes pertama: reka bentuk forsep pembedahan perubatan, pemprosesan tradisional memerlukan beberapa proses seperti pengilangan, kimpalan, dan penggilapan, dengan kitaran pengeluaran 2 minggu. Penyelesaian SLM: mencetak secara bersepadu struktur pemegang, kepala forsep, dan sendi, memendekkan kitaran pengeluaran kepada 2 hari. Kes kedua: reka bentuk komponen dalaman penukar haba kimia, penyelesaian SLM mereka bentuk saluran aliran bersilang spiral, meningkatkan kecekapan pemindahan haba sebanyak 35% berbanding reka bentuk tradisional. Kes ketiga: reka bentuk komponen injap marin, penyelesaian SLM mencetak secara bersepadu struktur badan injap, tempat duduk injap, dan alur pengedap, dan lulus ujian tekanan 16MPa.