GBT 43140-2023 激光定向能量沉積機(jī)床 通 用技術(shù)規(guī)范（正式版）

激光定向能量沉積機(jī)床通用技術(shù)規(guī)范2023-09-07發(fā)布I 2規(guī)范性引用文件 l3術(shù)語和定義 14機(jī)床組成與環(huán)境要求 15安全防護(hù)要求 26技術(shù)要求 37檢測方法 5 8表1機(jī)床各組成部分的主要功能 2表2一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)幾何精度公差 3表3一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)線性軸定位與重復(fù)定位精度公差 4表4一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)軸定位與重復(fù)定位精度公差 4Ⅲ本文件按照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。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國特種加工機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC161)、全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會本文件起草單位：南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司、西安增材制造國家研究院有限公司、蘇州電加工機(jī)床研究所有限公司、南京輝銳光電科技有限公司、武漢華工激光工程有限責(zé)任公司、蘇州天弘激光股份有限公司、江蘇銘亞科技有限公司、濟(jì)南森峰激光科技股份有限公司、華質(zhì)卓越生產(chǎn)力促進(jìn)(北京)有限公司、無錫市檢驗(yàn)檢測認(rèn)證研究院、中機(jī)研標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(北京)有限公司、昆山寶錦激光拼焊有限公司、廣東宏石激光技術(shù)股份有限公司、深圳市艾貝特電子科技有限公司、蘇州大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司、北京衛(wèi)星制造廠有限公司、沈陽工業(yè)大學(xué)。1激光定向能量沉積機(jī)床通用技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了激光定向能量沉積機(jī)床組成與環(huán)境要求、安全防護(hù)要求、技術(shù)要求、檢測方法及標(biāo)志、本文件適用于以金屬粉末為原材料采用激光定向能量沉積工藝的增材制造機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T191包裝儲運(yùn)圖示標(biāo)志GB2894安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則GB/T5226.1機(jī)械電氣安全機(jī)械電氣設(shè)備第1部分：通用技術(shù)條件GB7247.1激光產(chǎn)品的安全第1部分：設(shè)備分類、要求GB/T10320激光設(shè)備和設(shè)施的電氣安全GB/T12642工業(yè)機(jī)器人性能規(guī)范及其試驗(yàn)方法GB/T14896.7特種加工機(jī)床術(shù)語第7部分：增材制造機(jī)床GB/T17421.1機(jī)床檢驗(yàn)通則第1部分：在無負(fù)荷或精加工條件下機(jī)床的幾何精度GB/T17421.2機(jī)床檢驗(yàn)通則第2部分：數(shù)控軸線的定位精度和重復(fù)定位精度的確定GB/T25373金屬切削機(jī)床裝配通用技術(shù)條件GB25493以激光為加工能量的快速成形機(jī)床安全防護(hù)技術(shù)要求GB26503快速成形機(jī)床安全防護(hù)技術(shù)要求GB/T35351增材制造術(shù)語JB/T8356機(jī)床包裝技術(shù)條件3術(shù)語和定義GB/T14896.7和GB/T35351界定的術(shù)語和定義適用于本文件。4機(jī)床組成與環(huán)境要求4.1機(jī)床組成激光定向能量沉積機(jī)床(以下簡稱“機(jī)床”)的組成一般包括：機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)、氣氛控制系統(tǒng)、激光系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、信號監(jiān)測系統(tǒng)，各組成部分的主要功能見表1。2表1機(jī)床各組成部分的主要功能組成部分主要功能機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)在運(yùn)動控制系統(tǒng)的控制下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的機(jī)械運(yùn)動，保證光路系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)的運(yùn)動精度，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的沉積。從結(jié)構(gòu)上分為一般結(jié)構(gòu)和工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)氣氛控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)加工工藝環(huán)境的氣氛控制要求激光系統(tǒng)由激光器產(chǎn)生激光光源，通過光路傳輸給沉積頭，穩(wěn)定供給能量熔化粉末材料，實(shí)現(xiàn)材料沉積送粉系統(tǒng)由送粉功能模塊穩(wěn)定輸送粉末材料到沉積頭信號監(jiān)測系統(tǒng)對機(jī)床控制參數(shù)和故障信號進(jìn)行監(jiān)測、記錄與保存4.2環(huán)境要求機(jī)床應(yīng)在室內(nèi)工作，工作條件應(yīng)滿足下列要求：a)環(huán)境溫度：5℃~35℃;b)相對濕度：≤75%;4.2.2放置環(huán)境要求機(jī)床應(yīng)在室內(nèi)放置，放置條件應(yīng)滿足下列要求：a)環(huán)境溫度：0℃~40℃;b)相對濕度：≤95%;5安全防護(hù)要求5.1一般要求5.1.1機(jī)床安全防護(hù)應(yīng)符合GB25493和GB26503的規(guī)定。5.1.2激光輻射的安全應(yīng)符合GB7247.1的規(guī)定。5.1.3電氣系統(tǒng)的安全應(yīng)符合GB/T5226.1和GB/T10320的規(guī)定。5.2機(jī)床加工區(qū)安全防護(hù)要求5.2.1機(jī)床的運(yùn)動部件應(yīng)采取可靠的限位措施，各運(yùn)動軸應(yīng)設(shè)置可靠的電氣、機(jī)械雙重限位裝置。5.2.2沉積頭安裝應(yīng)安全可靠，沉積頭在運(yùn)動時不應(yīng)被甩出或脫落。5.2.3機(jī)床應(yīng)配置沉積頭碰撞保護(hù)裝置，沉積頭在發(fā)生碰撞后應(yīng)觸發(fā)機(jī)床急停。5.2.4機(jī)床送粉系統(tǒng)應(yīng)可靠接地并配置防靜電部件或除靜電裝置。5.2.5機(jī)床加工區(qū)域內(nèi)的電氣設(shè)備應(yīng)滿足耐熱、耐腐蝕的要求。5.2.6機(jī)床加工區(qū)域應(yīng)設(shè)排風(fēng)裝置。5.2.7需使用成形材料保護(hù)輔助氣體(如氬氣)時，應(yīng)在機(jī)床說明書中提出排風(fēng)、通風(fēng)以及對滅火器的3要求。5.2.8機(jī)床應(yīng)配備氧含量檢測儀，在作業(yè)人員所處區(qū)域的氧含量低于18%時，氧含量檢測儀應(yīng)能自動報警。5.2.9機(jī)床應(yīng)采取適當(dāng)方法對散落的成形材料顆粒進(jìn)行回收。6技術(shù)要求6.1一般要求6.1.1機(jī)床應(yīng)符合本文件的要求，并按規(guī)定程序批準(zhǔn)的圖樣和技術(shù)文件制造。6.1.2機(jī)床的裝配技術(shù)要求應(yīng)符合GB/T25373的規(guī)定。6.1.3機(jī)床應(yīng)具備自檢功能，機(jī)床故障及異常狀態(tài)的聲光報警功能應(yīng)有效可靠。6.1.4機(jī)床監(jiān)視儀表應(yīng)顯示清晰，開關(guān)、旋鈕的操作應(yīng)靈活可靠。6.2外觀要求機(jī)床的外觀要求如下：b)機(jī)床表面涂層或鍍層不應(yīng)起泡、龜裂、脫落，同種顏色涂層不應(yīng)有目視可識別的色差；c)機(jī)床標(biāo)志中，說明功能的文字、圖形符號的標(biāo)志應(yīng)清晰、端正，指示標(biāo)識應(yīng)正確；d)機(jī)床金屬零件不應(yīng)有銹蝕及其他機(jī)械損傷；e)機(jī)床表面不應(yīng)有潤滑油脂等外溢物。6.3機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)要求6.3.1.1采用一般結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動的機(jī)床，機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)應(yīng)至少有三個線性軸(X軸、Y軸、Z軸);線性軸的有效工作行程不應(yīng)小于機(jī)床說明書的標(biāo)稱值。6.3.1.3機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)幾何精度公差應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)幾何精度公差檢測項(xiàng)目公差水平面內(nèi)的直線度X軸運(yùn)動在水平面內(nèi)的直線度任意300mm測量長度上為0.01mmY軸運(yùn)動在水平面內(nèi)的直線度任意300mm測量長度上為0.01mm工作臺與線性軸平行度工作臺與X軸平行度任意300mm測量長度上為0.01mm工作臺與Y軸平行度任意300mm測量長度上為0.01mm線性軸垂直度X軸和Y軸垂直度任意300mm測量長度上為0.02mmZ軸和X軸垂直度任意300mm測量長度上為0.02mmZ軸和Y軸垂直度任意300mm測量長度上為0.02mm6.3.1.4機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)線性軸定位精度與重復(fù)定位精度公差應(yīng)符合表3的規(guī)定。4表3一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)線性軸定位與重復(fù)定位精度公差檢測項(xiàng)目公差線性軸雙向定位精度Y軸線性軸雙向重復(fù)定位精度6.3.1.5機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)軸定位精度與重復(fù)定位精度公差應(yīng)符合表4的規(guī)定。表4一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)回轉(zhuǎn)軸定位與重復(fù)定位精度公差檢測項(xiàng)目公差回轉(zhuǎn)軸定位精度50”50”30”回轉(zhuǎn)軸重復(fù)定位精度20”20”15”6.3.2工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)若機(jī)床采用工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動，工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)精度應(yīng)在機(jī)床說明書中進(jìn)行說明。6.3.3機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)潤滑機(jī)床應(yīng)配備潤滑系統(tǒng)，潤滑系統(tǒng)一般采用自動注油或自潤滑的方式，采用自動注油方式潤滑時，宜使用半固體潤滑油脂。6.4氣氛控制系統(tǒng)箱體內(nèi)的相對壓強(qiáng)值從101725Pa(大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓400Pa)降至101525Pa(大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓200Pa),時間應(yīng)大于20min。機(jī)床的相關(guān)技術(shù)文件應(yīng)規(guī)定氧含量凈化效率。在規(guī)定的時間要求內(nèi)，使機(jī)床進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，氣體密封箱體內(nèi)的氧含量在22℃、1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下質(zhì)量濃度應(yīng)小于66mg/m2(或體積分?jǐn)?shù)小于5機(jī)床應(yīng)配備除塵過濾裝置，過濾裝置應(yīng)具備濾網(wǎng)堵塞的檢測功能。6.5激光系統(tǒng)6.5.1激光功率穩(wěn)定性機(jī)床配置的激光器在工作過程中的激光功率波動率應(yīng)小于3%。6.5.2沉積頭冷卻功能激光系統(tǒng)單元應(yīng)具有穩(wěn)定的水路冷卻功能，激光器以額定功率工作時，沉積頭冷卻水進(jìn)水和回水的溫度差值應(yīng)小于10℃。6.6送粉系統(tǒng)精度機(jī)床使用前應(yīng)確認(rèn)送粉系統(tǒng)精度，送粉精度誤差應(yīng)小于5%。6.7信號監(jiān)測系統(tǒng)6.7.1機(jī)床應(yīng)具備控制參數(shù)監(jiān)測功能，機(jī)床說明書中應(yīng)對所有可監(jiān)測的控制參數(shù)進(jìn)行明示，信號監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能顯示和保存控制參數(shù)。6.7.2機(jī)床應(yīng)具備故障監(jiān)測功能，機(jī)床說明書中應(yīng)對所有可監(jiān)測的故障類型進(jìn)行說明，信號監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能顯示和保存故障信號。6.8機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)6.8.1機(jī)床供電電源適應(yīng)能力調(diào)節(jié)機(jī)床供電電壓分別為額定值的90%和110%,運(yùn)行2h,應(yīng)無故障。6.8.2機(jī)床急停器件機(jī)床急停器件應(yīng)符合GB/T5226.1的要求。6.8.3機(jī)床各軸限位機(jī)床各軸運(yùn)動至限位位置時應(yīng)具有自動停止功能。6.8.4激光功率偏差機(jī)床激光功率實(shí)際測量值與設(shè)定值偏差應(yīng)小于5%。6.8.5機(jī)床運(yùn)行噪聲機(jī)床的噪聲聲壓級不應(yīng)大于75dB(A),且機(jī)床運(yùn)行時不應(yīng)有沖擊聲和異常聲。7檢測方法7.1檢測條件7.1.1除特別聲明的檢測項(xiàng)目外，其余檢測項(xiàng)目應(yīng)在4.2.1工作環(huán)境要求下進(jìn)行。67.1.2檢測場地周圍不應(yīng)有影響檢測結(jié)果的其他電磁輻射源。7.1.3機(jī)床處于本文件規(guī)定的默認(rèn)工作參數(shù)狀態(tài)。7.1.4機(jī)床檢測期間施加于機(jī)床的電源電壓應(yīng)在額定電壓的士5%范圍內(nèi)。7.1.5所有檢測儀器及量具應(yīng)經(jīng)過計(jì)量檢定合格并在有效期內(nèi)。7.2外觀采用目視法對機(jī)床外觀進(jìn)行檢查。7.3機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)7.3.1一般結(jié)構(gòu)機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)在額定工作條件下，采用的長度量具應(yīng)有0.1mm或更高的分辨率，分別檢測沉積頭在線性軸線軸)方向的最大有效運(yùn)行距離。7.3.1.2線性軸直線度和平行度采用平尺、指示器、量塊或激光檢測儀器進(jìn)行檢測，測量工具裝在運(yùn)動部件上，并隨運(yùn)動部件一起按規(guī)定的范圍移動。檢測方法按照GB/T17421.1的規(guī)定，分別測量水平面內(nèi)的直線度、工作臺和X軸的平行度、工作臺和Y軸的平行度。采用平尺、角尺、指示器、量塊或激光檢測儀器進(jìn)行檢測，將具有相應(yīng)基座的角尺貼靠在代表該軸線的平面上，在兩垂直方向測量角尺懸邊對該平面的平行度。檢測方法按照GB/T17421.1的規(guī)定，分別7.3.1.4定位精度和重復(fù)定位精度定位精度和重復(fù)定位精度檢測應(yīng)覆蓋機(jī)床數(shù)控軸線的最大行程，測量儀器宜使用激光干涉儀，檢測方法按照GB/T17421.2的規(guī)定。7.3.2工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)按照GB/T12642的規(guī)定，對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動系統(tǒng)的運(yùn)動位置準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測。7.3.3機(jī)械運(yùn)動系統(tǒng)潤滑7.3.3.1當(dāng)機(jī)床采用自動注油方式進(jìn)行潤滑時，在額定工作條件下，使機(jī)床進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，目視檢查潤滑介質(zhì)是否均勻覆蓋所有線性軸傳動部件。7.3.3.2當(dāng)機(jī)床采用自潤滑方式進(jìn)行潤滑時，目視檢查自潤滑系統(tǒng)無損壞，運(yùn)行時無異響。7.4氣氛控制系統(tǒng)在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的條件下控制機(jī)床所有艙門關(guān)閉，對氣氛控制箱體進(jìn)行充氣，采用壓力表檢測箱體內(nèi)相對壓力達(dá)到101725Pa(大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓400Pa)后停止充氣，20min后檢測箱體內(nèi)相對壓7GB/T43140—2023力應(yīng)大于101525Pa(大于1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓200Pa)。7.4.2氧含量控制能力在規(guī)定的時間要求內(nèi)，使機(jī)床進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)，采用氧含量分析儀對氣體密封箱體內(nèi)的氧含量進(jìn)行檢測。采用風(fēng)速儀檢查機(jī)床配備的除塵過濾裝置的有效性，并在機(jī)床控制界面對濾網(wǎng)工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。7.5激光系統(tǒng)7.5.1激光功率穩(wěn)定性采用激光功率計(jì)檢測激光功率。設(shè)置激光器出光功率為最大標(biāo)稱激光功率，檢測通過沉積頭的激光實(shí)際出光功率，作為初始出光功率值。不改變激光器設(shè)置，在機(jī)床出光不少于1h后，再次檢測通過沉積頭的激光實(shí)際出光功率，作為工作出光功率值。工作出光功率值和初始出光功率值的差值與初始出光功率值的比值記為激光功率波動率，并按照公式(1)計(jì)算：V——激光功率波動率；W?——初始出光功率，單位為瓦(W);W?——工作出光功率，單位為瓦(W)。7.5.2冷卻功能在額定工作條件下，測量沉積頭冷卻水的進(jìn)水溫度和回水溫度，并按照公式(2)計(jì)算進(jìn)水溫度和回水溫度的溫度差值：△T=T?-T……(2)△T——溫度差值，單位為攝氏度(℃);T?——進(jìn)水溫度，單位為攝氏度(℃);T?——回水溫度，單位為攝氏度(℃)。7.6送粉系統(tǒng)精度7.6.1粉末溫度條件送粉單元檢測時應(yīng)選擇烘干后的粉末，粉末余熱溫度應(yīng)小于40℃。7.6.2檢驗(yàn)工具百分位精密連續(xù)測量電子天平及燒杯。7.6.3檢驗(yàn)步驟送粉控制模塊選擇連續(xù)送粉方式，通過沉積頭將輸送粉末匯集于燒杯中，采用電子天平對送粉量進(jìn)行2次測量，每次測量累計(jì)60s的送粉量，第1次測量之后，待連續(xù)送粉5min后再進(jìn)行第2次測量，并8GB/T43140—2023按照公式(3)計(jì)算送粉精度偏差：D——送粉精度偏差；X?——第1次累計(jì)60s送粉量，單位為克(g);X?——第2次累計(jì)60s送粉量，單位為克(g)。7.7信號監(jiān)測系統(tǒng)7.7.1采用目視檢查方式，機(jī)床說明書要求的可監(jiān)測的控制參數(shù)應(yīng)顯示于機(jī)床操作顯示界面，采集的控制參數(shù)應(yīng)能進(jìn)行保存并形成電子文檔。7.7.2采用目視檢查方式，機(jī)床說明書要求的可監(jiān)測的故障類型應(yīng)顯示于機(jī)床操作顯示界面，采集的故障信號應(yīng)能進(jìn)行保存并形成