增材制造 多光束粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范 編制說明

1《增材制造多光束激光粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范》(征求意見一、工作簡況1.任務(wù)來源《增材制造多光束激光粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范》是2023年第二批推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃項目，項目編號為20230574-T-604。由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出，由全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC562）和全國特種加工機床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合歸口，負(fù)責(zé)起草單位：西安增材制造國家研究院有限公司，計劃應(yīng)完成時間為2024年。2.主要工作過程起草（草案、調(diào)研）階段：計劃下達(dá)后，全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（以下簡稱標(biāo)委會）在全國范圍內(nèi)征集標(biāo)準(zhǔn)起草工作組成員，成立《增材制造多光束激光粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范》起草工作組（以下簡稱“工作組”），確定工作方案，提出進(jìn)度安排。經(jīng)過工作組廣泛收集資料，專家撰寫，完成草稿的編制。同時，全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會TC562與全國特種加工機床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會TC161溝通標(biāo)準(zhǔn)項目聯(lián)合歸口事宜，雙方充分發(fā)揮各自專家委員優(yōu)勢，針對標(biāo)準(zhǔn)各階段草案充分征求意見，協(xié)調(diào)處理標(biāo)準(zhǔn)研制過程中的意見建議直至完成標(biāo)準(zhǔn)審查，達(dá)到相關(guān)方對國家標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)一致以體現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和廣泛性，達(dá)到相關(guān)方對行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容的協(xié)調(diào)一致。工作組針對目前以激光粉末床熔融工藝的大型多光束金屬增材制造機床的設(shè)計和制造要求、技術(shù)性能特點及安全質(zhì)量等現(xiàn)狀，經(jīng)過大量的資料2查證和研究分析工作，確定了標(biāo)準(zhǔn)制定工作方案，在標(biāo)準(zhǔn)起草過程中，工作組成員多次利用網(wǎng)絡(luò)、電子郵件等手段進(jìn)行討論協(xié)商，在標(biāo)準(zhǔn)申報草案的基礎(chǔ)上反復(fù)論證并修改。標(biāo)委會于2023年4月24日在陜西西安召開了第一次標(biāo)準(zhǔn)項目討論會，33家起草單位共38人出草案進(jìn)行了充分討論，對目標(biāo)任務(wù)進(jìn)行分解，并形成了一系列意見建議。在此基礎(chǔ)上，牽頭單位帶領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)起草工作組修改完善了技術(shù)內(nèi)容，并組織測試驗證工作。標(biāo)委會于2024年5月21日在陜西西安召開了第二次標(biāo)準(zhǔn)項目討論會，XX家起草單位共XX人出席了會議，對標(biāo)準(zhǔn)討論稿、編制說明進(jìn)行了形成了詳細(xì)討論，對標(biāo)準(zhǔn)框架和主要技術(shù)內(nèi)容，以及標(biāo)準(zhǔn)中所提要求的依據(jù)、方法的可行性、試驗驗證的關(guān)鍵點達(dá)成了一致，形成了新的意見建議。會后，工作組結(jié)合意見建議對標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行完善，形成征求意見稿，由TC562和TC161分別組織標(biāo)準(zhǔn)征求意見工作。郵件形式，就征求意見稿及編制說明向TC562和TC161全體委員、相關(guān)研究單位及社會公開征求意見，共發(fā)函XX名標(biāo)委會委員及單位。截至2024年X月X日，共收到XX個單位的回函，其中XX個單位提出了XX條意見和建議，工作組針對這些反饋意見進(jìn)行整理和分析，提出采納或不采納的結(jié)論（見《增材制造多光束激光粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)征求意見匯總處理表）其中采納XX條、不采納X條、部分采納X條。同時，工作組根據(jù)意見處理結(jié)論對標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的修改，于2024年X月X日完成征求函審意見。截止到2024年X月X日，收到回函X份，提出了X條意見和建議。工作組針對這些反饋意見進(jìn)行整理和分析，并與專家溝通，最終全部采納了X條、部分采納、不采納X條意見和建議?？傮w情況：發(fā)出函審單XX份，收到回函XX份?；睾瘮?shù)占全體委員的XX8%，超過委員總數(shù)的3/4；函審意見無重大分歧，采納意見并經(jīng)修改后，贊成XX票，占回函數(shù)的100%（意見和建議見《國家標(biāo)準(zhǔn)審查意見匯總處理表》），超過回函數(shù)法要求，本標(biāo)準(zhǔn)通過審查。報批階段：工作組按照函審意見對標(biāo)準(zhǔn)送審稿做了進(jìn)一步的修改、整3/4；贊成數(shù)占回函數(shù)的XX%，超過回函數(shù)的2/3；不贊成數(shù)占XX%，低于回函數(shù)的1/4；符合國家標(biāo)準(zhǔn)管理辦法要求，通過投票。工作組按照投票意見對標(biāo)準(zhǔn)送審稿做了進(jìn)一步的修改、整理和完善，于XX年XX月XX日形成了標(biāo)準(zhǔn)報批稿、編制說明及其他相關(guān)文件，報至全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委3.主要參加單位、工作組成員及其所做工作本標(biāo)準(zhǔn)由XXXX單位共同起草。4.起草單位簡介XXXX二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則及主要內(nèi)容;41.標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定進(jìn)行起草。在編寫標(biāo)準(zhǔn)時，遵循面向市場、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、自主研制、適時推出、不斷完善的原則，力求與產(chǎn)品研發(fā)、工藝試驗、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、應(yīng)用推廣相結(jié)合，統(tǒng)籌推進(jìn)。同時，努力使標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容更加科學(xué)、實用，文字表述更加簡潔、清楚，充分體現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟合理性和市場適應(yīng)性，以便于生產(chǎn)企業(yè)和用戶使用。本標(biāo)準(zhǔn)的編寫主要遵循了以下原則：（1）先進(jìn)性：本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合國內(nèi)增材制造現(xiàn)狀，起草制定了多光束激光粉末床熔融設(shè)備技術(shù)規(guī)范，填補了國內(nèi)空白，對引導(dǎo)和規(guī)范大型金屬打印技術(shù)的發(fā)展起到了重要支撐作用。該標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的完整性，按需編寫，結(jié)構(gòu)合理、條理清晰、內(nèi)容全面；（2）協(xié)調(diào)性：本標(biāo)準(zhǔn)在結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則上按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草；（3）可操作性：本標(biāo)準(zhǔn)緊緊圍繞多光束激光粉末床熔融設(shè)備的各個環(huán)節(jié)而編寫。根據(jù)設(shè)備功能特點及使用要求，規(guī)定了多激光束金屬粉末床熔融設(shè)備安全防護要求、技術(shù)要求和檢驗方法，實用性強。本標(biāo)準(zhǔn)適用于以金屬粉末為成形材料的雙激光束及以上的激光粉末床熔融設(shè)備的設(shè)計者及其管理者、學(xué)習(xí)機械設(shè)計和計算機輔助設(shè)計的學(xué)生、增材制造設(shè)計和設(shè)計指導(dǎo)系統(tǒng)的開發(fā)者。有助于確定在設(shè)計項目中利用哪些設(shè)計因素或利用哪些增材制造工藝的能力。2.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容本文件規(guī)定了多激光束金屬粉末床熔融設(shè)備的組成，安全防護要求，5技術(shù)要求，檢驗方法，標(biāo)志、包裝、運輸與貯存。適用于以金屬粉末為成形材料的雙激光束及以上的激光粉末床熔融設(shè)備。2.1關(guān)于第1章“范圍”概括了標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍。2.2關(guān)于第2章“規(guī)范性引用文件”本標(biāo)準(zhǔn)引用國家標(biāo)準(zhǔn)15項，其中10項推薦性國家標(biāo)準(zhǔn)，3項強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，2項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，均在標(biāo)準(zhǔn)正文的技術(shù)內(nèi)容中有所體現(xiàn)。2.3關(guān)于第3章“術(shù)語和定義”本標(biāo)準(zhǔn)使用的術(shù)語和定義主要引用自GB/T35351《增材制造術(shù)語》和GB/T14896.7《特種加工機床術(shù)語第7部分：增材制造機床》。2.4關(guān)于第4章“機床組成與環(huán)境要求”本章概括性地介紹了設(shè)備組成及環(huán)境要求，并以表格的形式介紹了設(shè)備組成及功能。主要包括設(shè)備的主要組成部分，包括硬件、軟件、傳感器等，規(guī)定各個部分的功能和性能要求，標(biāo)明設(shè)備能夠正常工作的溫度范圍，確定設(shè)備在不同濕度和常壓條件下的可靠性和性能，對設(shè)備在使用過程中可能遭受的振動進(jìn)行規(guī)定，以確保設(shè)備的穩(wěn)定性。2.5關(guān)于第5章“安全防護要求”本章是針對特定產(chǎn)品、系統(tǒng)或服務(wù)的安全性方面的規(guī)定。這些要求的目的是確保在使用、維護或操作設(shè)備時，人員、環(huán)境和財產(chǎn)都能得到有效的保護，規(guī)定了設(shè)備的安全防護要求。針對激光輻射安全防護，規(guī)定了成形室門應(yīng)有激光安全聯(lián)鎖，確保正常運行時成形室門不能打開；針對設(shè)備使用場所的通風(fēng)性能，規(guī)定了設(shè)備周邊宜設(shè)置氧氣濃度檢測裝置，避免惰性氣體泄漏造成缺氧事故；針對濾6芯要求，規(guī)定了安全操作規(guī)程，避免著火等風(fēng)險；規(guī)定了視窗玻璃防護和其他機械安全防護。2.6關(guān)于第6章“技術(shù)要求”本章主要對設(shè)備的各項技術(shù)要求進(jìn)行了統(tǒng)一的規(guī)定，根據(jù)機床生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程的設(shè)計要求和機床工作過程中的工藝要求確定以下技術(shù)要求，確保產(chǎn)品能夠滿足特定的功能、性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。a）規(guī)定了多光束粉末床熔融設(shè)備外觀要求。b）規(guī)定了多光路系統(tǒng)要求，即：多光束光斑尺寸、激光功率穩(wěn)定性、多光束拼接精度、光路冷卻。風(fēng)場均勻性、排煙除塵效果。d）規(guī)定了機械及運動系統(tǒng)要求，即：運動軸數(shù)量、運動軸幾何精度、運動軸定位精度、承重能力要求。e）規(guī)定了電氣及控制系統(tǒng)要求、空運轉(zhuǎn)試驗要求。成形穩(wěn)定性。2.7關(guān)于第7章“檢驗方法”本章對第6章“技術(shù)要求”中所有的技術(shù)要求指標(biāo)的檢測方法進(jìn)行了規(guī)定，根據(jù)機床生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程的檢測試驗方法確定以下內(nèi)容：a）規(guī)定了檢驗條件。b）規(guī)定了多光束粉末床熔融設(shè)備外觀檢驗。c）規(guī)定了光路系統(tǒng)檢驗。即：光斑尺寸檢驗、激光功率穩(wěn)定性檢驗、多光束拼接精度檢驗、激光功率光路冷卻檢驗。7d）規(guī)定了成形室檢驗。即：成形室整體密封性要求檢驗、氧含量控制檢驗、風(fēng)場均勻性檢驗、排煙除塵效果。e）規(guī)定了機械及運動系統(tǒng)檢驗、電氣及控制系統(tǒng)檢驗、空運轉(zhuǎn)試驗檢驗。f）規(guī)定了負(fù)荷運轉(zhuǎn)試驗。即：加工精度、最大成形效率、成2.8關(guān)于第8章“標(biāo)志”標(biāo)志是多光束粉末床熔融設(shè)備的標(biāo)識和標(biāo)志的規(guī)定，包括標(biāo)牌、警告標(biāo)志、包裝標(biāo)志的要求。2.9關(guān)于第8章“包裝、運輸與貯存”規(guī)定了設(shè)備在出廠包裝、運輸和貯存過程中所需遵循的要求，以確保產(chǎn)品的完整性和性能不受損。3.解決主要問題本標(biāo)準(zhǔn)具體解決的問題如下：1）針對多光束粉末床熔融設(shè)備的性能指標(biāo)和檢測方法進(jìn)行規(guī)范性統(tǒng)一要求，不但有利于客戶的選型，把偽劣產(chǎn)品拒之門外，而且有利于生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)、調(diào)試、檢測流程，不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量、控制生產(chǎn)成本，能有效地保證行業(yè)的有序、良性發(fā)展，為高端、大型增材裝備研發(fā)和生產(chǎn)制造提供技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)，指導(dǎo)增材制造相關(guān)工程技術(shù)人員有效進(jìn)行機床的選擇和檢測，為增材產(chǎn)品制備和工藝過程控制提供保障。2）提出了多光束光路系統(tǒng)的技術(shù)要求和檢測方法，解決了設(shè)備參數(shù)要求及方法不明確的問題，同時增加光路協(xié)同方面的檢驗方法，并提出激光功率在線監(jiān)測系統(tǒng)要求，填補了相關(guān)技術(shù)空白。8三、試驗驗證情況本標(biāo)準(zhǔn)起草單位涵蓋了多光束激光粉末床熔融設(shè)備的制造、使用、檢驗檢測等產(chǎn)業(yè)鏈上的眾多單位，結(jié)合起草單位的驗證數(shù)據(jù)和資料完成了本標(biāo)準(zhǔn)草案的編寫。設(shè)備組成和設(shè)計以及制造和裝配要求主要根據(jù)設(shè)備制造商西安鉑力特增材技術(shù)股份有限公司、漢邦、廣東漢邦激光科技有限公司、湖南華曙高科技股份有限公司、易加三維增材技術(shù)（杭州）有限公司、山東創(chuàng)瑞激光科技有限公司等企業(yè)的實際生產(chǎn)和制造經(jīng)驗編寫。各方在機床設(shè)計、機床關(guān)鍵部件的生產(chǎn)和裝配、安全防護以及精度檢驗方面均具有豐富的實踐經(jīng)驗。根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的技術(shù)要求、檢測方法等，能夠為國內(nèi)增材制造領(lǐng)域生產(chǎn)、應(yīng)用企業(yè)提供指導(dǎo)，試驗對標(biāo)準(zhǔn)中的檢測方法進(jìn)行了驗證，證明了規(guī)范的可行性。1.多激光拼接測試方法及精度測試工具：校準(zhǔn)紙、基板、二次元等。測試方法：使用校準(zhǔn)紙粘貼在校準(zhǔn)板上（校準(zhǔn)紙粘貼需要無明顯氣泡測量成型缸XY方向中點位置，調(diào)整激光1、2位置進(jìn)行初對中；偏移校準(zhǔn)激光1位置后掃描直線，使用二次元測量兩束激光掃描直線夾角，角度值＜0.002為合格；調(diào)整兩束拼接激光圖形形狀為“十字”，掃描“十字”后使用二次元標(biāo)定中心線位置，查看中心線中心距離，偏移距離≤0.02mm。9(粘貼校準(zhǔn)紙)(修正后角度)(紅光查看)圖1多光束拼接精度實驗2.刮刀運動精度（1）鋪粉臂對缸面平行度測試測試工具：數(shù)顯千分表測試方法：安裝數(shù)顯千分表在鋪粉臂上測量與缸平面數(shù)值，根據(jù)表格位置測試并記錄當(dāng)前千分表顯示數(shù)值，要求極限偏差＜40μm。表1鋪粉臂對缸面平行度測試數(shù)據(jù)0極限偏差左邊(讀數(shù)）00.0090.0130.0190.0200.0220.0230.0270.0300.0340.037右邊(讀數(shù)）00.0090.0150.0180.0220.0240.0250.0280.0300.0320.035備注：位置中+Y、-Y分別表示成型缸前半部分與后半部分（前半部分為靠近鋪粉臺位置）檢測器材：數(shù)顯千分表（精度為0.001mm）（2）升降系統(tǒng)垂直度測試測試工具：游標(biāo)卡尺、數(shù)顯千分表下降實際值，使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量精確小數(shù)點后兩位（不包含基板的高度），要求全行程范圍極限偏差＜100μm。Z軸升降垂直度檢測：固定千分表2升降系統(tǒng)垂直度測試數(shù)據(jù)測試位置（mm）-X讀數(shù)-Y讀數(shù)升降系統(tǒng)00000-0.004-0.003-0.008-0.007-0.017-0.031-0.021-0.025-0.031-0.037-0.042極限偏差(μm）（3）刮刀運動精度測試工具：數(shù)顯千分表測試方法：使用千分表對刮刀不同位置進(jìn)行測量，記錄各位置高度，計算最大偏差值＜0.05mm。測量位置123456789測量高度0-0.01-0.013.鋪粉厚度誤差測試工具：光柵尺測試方法：升降自帶光柵檢測功能光柵尺精度檢測：測試層厚50μm，測試間隙補償200，層延時500，測試次數(shù)7000，層報警2，累計報警差值15，100mm合理誤差5μm。4.轉(zhuǎn)軸落粉量檢測及落粉精度開啟程序使轉(zhuǎn)軸落粉并用A4紙接粉，將A4紙收集的粉末放置在電子秤上進(jìn)行稱重，連續(xù)采集12次稱重記錄，計算差值絕對值與平均落粉量占比，偏差≤5%為合格。（粉末稱重）5.風(fēng)場測試方法及誤差（粉末重量計算）測試工具：美紋紙、筆、鋼尺、風(fēng)速儀。測試方法：使用美紋紙根據(jù)表格縱向位置粘貼，使用鋼尺和比劃分測試點位置，設(shè)備除氧風(fēng)機啟動后，降低艙內(nèi)壓力值，通過手套箱使用風(fēng)速儀記錄風(fēng)場測試點數(shù)值，縱向AVEDEV數(shù)值=0.2為及格，橫向AVEDEV數(shù)值通過驗證，說明本標(biāo)準(zhǔn)涉及的指標(biāo)，設(shè)計合理，代表了行業(yè)水平。四、涉及專利問題的說明本標(biāo)準(zhǔn)不涉及有關(guān)專利等知識產(chǎn)權(quán)問題。本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。五、預(yù)期達(dá)到的社會效益、對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用情況本標(biāo)準(zhǔn)所涉及的多光束粉末床熔融設(shè)備以其高速成形和卓越的表面質(zhì)量而脫穎而出，成為當(dāng)前增材制造領(lǐng)域最迅速發(fā)展和商業(yè)化成功的3D打印設(shè)備之一。國內(nèi)運用這類設(shè)備的幾乎100%都是國產(chǎn)設(shè)備，目前國內(nèi)的出貨量已超過萬臺，且逐年增加，具備高利用率和卓越產(chǎn)品質(zhì)量的特性。在模具、醫(yī)療器械、文創(chuàng)等領(lǐng)域，這一技術(shù)有著廣泛的發(fā)展前景。然而，由于多光束粉末床熔融設(shè)備技術(shù)近年來取得長足進(jìn)展，國內(nèi)生產(chǎn)中卻缺乏一個恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，為用戶的選型、購買、使用帶來了困擾，不利于該行業(yè)的發(fā)展。多年來，多光束粉末床熔融設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)擴展到增材制造行業(yè)的所有制造商，產(chǎn)量也在逐年增加，提升產(chǎn)品質(zhì)量迫在眉睫。因此，制定標(biāo)準(zhǔn)將有助于該行業(yè)有序地發(fā)展和競爭。多光束粉末床熔融技術(shù)是我國研究較早、技術(shù)及應(yīng)用較為成熟的增材制造技術(shù)之一。該技術(shù)主要采用粉末材料，通過多束激光照射、熔融成形，逐層固化最終獲得完整的產(chǎn)品。其成形速度快、原型精度高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計、模具開發(fā)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，具備顯著的經(jīng)濟效益和發(fā)展?jié)摿?。目前，國?nèi)的多光束粉末床熔融設(shè)備在各個方面均達(dá)到了國際先進(jìn)水平，并且通過多年的快速發(fā)展，迫切需要建立一套行之有效的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以整合生產(chǎn)廠商和科研院所的研發(fā)力量，