《增材制造 模具鋼材料激光粉末床熔融工藝規(guī)范》

1JB/T14993—XXXX增材制造模具鋼材料激光粉末床熔融工藝規(guī)范本文件規(guī)定了增材制造模具鋼材料激光粉末床熔融工藝的總體要求，確立了工藝過程，描述了相應的質量檢驗方法，規(guī)定了技術資料交付等要求。本文件適用于增材制造模具鋼材料激光粉末床熔融的工藝活動。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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/T1031產品幾何技術規(guī)范(GPS)表面結構輪廓法表面粗糙度參數及其數值GB/T5226.34機械電氣安全機械電氣設備第34部分：機床技術條件GB/T6003.1試驗篩技術要求和檢驗第1部分：金屬絲編織網試驗篩GB/T7247.14激光產品的安全第14部分：用戶指南GB/T11651個體防護裝備選用規(guī)范GB15577粉塵防爆安全規(guī)程GB/T15605粉塵爆炸泄壓指南GB/T16923鋼件的正火與退火GB/T16924鋼件的淬火與回火GB25493以激光為加工能量的快速成形機床安全防護技術要求GB/T35351增材制造術語GB∕T38751熱處理件硬度檢驗通則GB/T39247增材制造金屬制件熱處理工藝規(guī)范GB/T39252—2020增材制造金屬材料粉末床熔融工藝規(guī)范GB/T42617增材制造設計金屬材料激光粉末床熔融GB50019工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范AQ4273粉塵爆炸危險場所用除塵系統(tǒng)安全技術規(guī)范JB/T14891增材制造金屬材料粉末床激光熔融設備JB/T14893增材制造激光粉末床熔融用模具鋼粉末3術語和定義GB/T35351界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1嫁接隨形冷卻流道graftedconformalwaterway在已加工的基礎件上打印的隨形冷卻流道。2JB/T14993—XXXX4總體要求4.1人員人員培訓應符合GB/T39252—2020中4.1的要求，熟悉計量器具的使用。4.2設備4.2.1設備應符合JB/T14891的要求，驗收合格后方能使用。4.2.2應配備防爆吸塵器、環(huán)境氧含量報警裝置、粉末篩分設備、熱處理設備、打磨設備等。4.2.3維護保養(yǎng)應符合GB/T39252—2020中4.2.3的要求。4.2.4保養(yǎng)校準周期宜為6至12個月，不同的設備廠家保養(yǎng)周期會有差異。4.2.5維護保養(yǎng)結果應記錄，并至少保存12個月。4.3模具鋼粉末4.3.1性能要求應符合JB/T14893—2024中第4章的要求，其他特殊要求供需雙方協(xié)商確定。4.3.2重復使用4.3.2.1使用過的粉末，應按一定比例混入新粉末之后，再重復使用。混入新粉末的比例和重復使用的次數應依據成形件和粉末性能等因素綜合考慮。4.3.2.2粉末重復使用到達預定的次數之時，應進行檢測，符合4.3.1的要求時，繼續(xù)使用；不符合要求時，應分析原因，并進行處理，檢測合格之后，再繼續(xù)使用，否則不應再重復使用。4.3.2.3應記錄粉末重復使用的時間、重復使用的次數、新舊粉末混合的比例等信息。4.3.3粉末處理4.3.3.1應在干凈無潮的環(huán)境中進行粉末的篩分、混合、包裝等處理，處理場所的相對濕度宜小于50%，在處理過程中采取防污染的措施。4.3.3.2每次成形結束之后，剩余粉末均應進行篩分處理，使用的篩網應符合GB/T6003.1的要求。4.3.3.3粉末使用之前（包括第一次使用的粉末和重復使用的粉末），應進行烘干處理。4.3.4交付及貯存4.3.4.1粉末供應商應提供粉末的安全技術說明書和質量證明書，質量證明書應包括但不限于粉末牌號、批號以及JB/T14893—2024中7.5的要求。4.3.4.2粉末應貯存在干燥、陰涼、無腐蝕的環(huán)境下，相對濕度宜控制在50%以下。4.3.4.3應設置固定的粉末存放區(qū)域，并對存放區(qū)域進行編號，新、舊粉末應存放在不同的區(qū)域。4.3.4.4剩余粉末處理之后，宜存放在原容器內，或潔凈的防靜電、阻燃的容器內，包裝容器內應放置干燥劑、且使用密封圈密封。4.4環(huán)境4.4.1工作環(huán)境環(huán)境溫度：5℃~35℃;不能低于露點溫度，較適宜的環(huán)境溫度為22℃~28℃。相對濕度：≤50%。3JB/T14993—XXXX4.4.2場地場地應具備良好的通風和照明條件，應符合GB50019的規(guī)定；地面承載力應符合設備廠商的要求。4.5安全4.5.1熔融設備安全防護應符合GB25493的規(guī)定。4.5.2在惰性氣體易泄露的部位應安裝氧氣含量報警裝置，當氧氣含量低于19%時應報警。儀器應定期進行計量檢定、校準或替換，并有校準或替換記錄。4.5.3熔融設備成形室的防爆泄壓裝置應符合GB/T15605的規(guī)定。4.5.4熔融設備應保持良好接地。4.5.5粉末在使用、貯存、清理、篩分等過程中的操作及相關設備防爆安全應符合GB15577的規(guī)定。4.5.6電氣系統(tǒng)安全應符合GB/T5226.34的要求。4.5.7激光產品安全應符合GB/T7247.14的要求。4.5.8粉末除塵系統(tǒng)的安全應符合AQ4273的要求。4.6人員防護4.6.1操作人員應按照GB/T11651的規(guī)定使用勞動保護用品。4.6.2必要時，建議在使用保護氣體的操作場所為操作人員配備呼吸保護裝置。5工藝過程5.1流程圖典型的模具鋼材料激光粉末床熔融工藝流程見圖1。是是否否圖1模具鋼材料激光粉末床熔融工藝流程圖4JB/T14993—XXXX5.2模型設計應按照GB/T42617的要求進行模型設計。設計完成后進行檢查，并對有缺陷的模型進行修復。典型結構隨行冷卻流道的模型設計見附錄A.1。5.3數據處理5.3.1在數據處理過程中應完整記錄相關信息。5.3.2應根據成形件的使用特性和后處理工序預留適當的加工余量。5.3.3數據處理應包括但不限于文件編輯、格式轉換、支撐設計、切片、掃描路徑規(guī)劃等。5.3.4數據文件的格式應符合設備要求，模型文件應為粉末床熔融設備軟件能識別的格式，如STL、AMF、3MF、OBJ等。操作者在執(zhí)行數據處理(如格式轉換、切片等)過程中應保證數據不丟失、可追溯，并完整記錄相關內容，記錄的內容見附錄B。5.3.5應根據成形件的結構、性能要求、成形時間、支撐去除、粉末清理難易程度等因素確定其成形方向和擺放位置。同時，應檢查各成形件之間的間隙，保證各成形件之間不發(fā)生相互干涉。5.3.6添加支撐時，應考慮支撐的類型、數量以及支撐的去除等因素。5.3.7試樣可在成形件上直接取樣，也可單獨成形隨爐樣品。5.3.8典型結構隨行冷卻流道的數據處理見附錄A.2。5.4工藝參數設置5.4.1應根據模具鋼粉末和模具成形件的結構性能要求設置工藝參數，可參考設備制造商提供的工藝參數包。常用的工藝參數包括但不限于以下：a)激光功率；b)掃描速度；c)鋪粉速率；d)光斑直徑；e)成形層厚；f)掃描方式；g)成形室氧含量；h)基板溫度；i)循環(huán)風速。5.4.2應依據隨形冷卻流道的懸垂結構合理設置搭接量以及工藝參數。5.5成形準備5.5.1模具鋼粉末5.5.1.1用于成形制造的模具鋼粉末應符合4.4的要求，依據成形件的性能選擇合適的粉末牌號，并做好標記。5.5.1.2查看粉末存放時間，必要時宜核實粉末的化學成分、松裝密度、粒度、粒徑分布，空心粉率、夾雜率，含氧量和含碳量等。5.5.1.3按照說明書要求把粉末添加到供粉倉中并鋪平。5.5.2保護氣體應使用氮氣或氬氣作為保護氣體，保護氣體的純度不應小于99.9%。5JB/T14993—XXXX5.5.3設備5.5.3.1設備的準備應符合GB/T39252—2020中5.4.3的要求。5.5.3.2檢測單元、通風循環(huán)系統(tǒng)、艙室密封系統(tǒng)及其他報警裝置，應正常運行。5.5.3.3嫁接件成形時，應保證嫁接基座流道口完全對準，在嫁接基座上直接成形，非嫁接件直接在基板上成形。5.5.3.4關好艙門，保證聯(lián)鎖裝置鎖定。5.6成形過程5.6.1成形過程應符合GB/T39252—2020中5.5的要求。5.6.2開啟設備，完成自檢。5.6.3打開激光器冷卻裝置、保護氣體輸送裝置。5.6.4基板溫度應根據成形件要求，加熱至設定的溫度，基板溫度宜在80℃以下，避免成形件產生翹曲變形。5.6.5當成形室的含氧量降低至0.1%以下時，開始成形工作。5.6.6成形過程中，在人機界面應顯示的報警信息包括但不限于：——激光器故障；——機械故障；——基板溫度超界；——門鎖異常打開；——缺粉狀態(tài)；——氧含量異常；——循環(huán)風速異常；——濾芯狀態(tài)反饋異常。5.6.7斷電后經判定正常可以續(xù)打。5.6.8打印完成后依據成形件特征適當冷卻一段時間，建議10min～20min。5.7粉末清理5.7.1應按照GB/T39252—2020中5.6的要求清理。5.7.2應保證支撐內部粉末、成形件內腔粉末和隨形冷卻流道中的粉末清理干凈。5.8初步檢驗5.8.1初步檢驗項目，包括但不限于外觀缺陷、表面質量等，初檢不合格的成形件應按供需雙方的約定協(xié)商處理。5.8.2應檢查隨形冷卻流道是否暢通，若不暢通則應按供需雙方的約定協(xié)商處理。5.8.3應檢查隨形冷卻流道底座與成形件的連接處是否有缺陷、滲水，若有缺陷、滲水則按供需雙方的約定協(xié)商處理。5.9后處理5.9.1熱處理5.9.1.1應按照GB/T39247的要求進行熱處理。6JB/T14993—XXXX5.9.1.2熱處理前應把支撐內部粉末、成形件內腔粉末例如隨形冷卻流道中的粉末清理干凈，防止熱處理結束后殘余粉末燒結，增加清理難度。5.9.1.3熱處理前應把成形件表面例如隨形冷卻流道表面附著的未熔化顆粒、半熔化顆粒、氧化皮、污染物清理干凈。5.9.1.4對殘余應力較大的成形件，應連同基板一起熱處理之后，再進行成形件移除。5.9.1.5應按照GB/T16923的規(guī)定進行正火與退火處理。5.9.1.6應按照GB/T16924的規(guī)定進行淬火與回或處理。5.9.1.7應在24h之內，進行去應力熱處理（例如退火）。5.9.1.8H13和18Ni300成形件熱處理工藝宜參照表1進行，其他未列粉末可參照GB/T16923和GB/T16924的有關規(guī)定或按照合同執(zhí)行。表1H13和18Ni300成形件推薦熱處理工藝530℃~580℃580℃~640℃830℃~880℃無460℃~520℃無5.9.2零件移除移除零件時不應破壞零件和影響零件性能。常用的零件移除方法有機械加工、手工去除等。5.9.3去支撐去除支撐時不應破壞零件和影響零件性能。常用的去支撐的方法有機械加工、手工去除等。5.9.4表面處理5.9.4.1供需雙方協(xié)商，是否處理。5.9.4.2常見的表面處理方法有噴砂、打磨、拋光等。6質量檢驗6.1要求6.1.1成形件在交付前應按照要求進行質量檢驗。6.1.2應按照GB/T1031的要求檢測隨行冷卻流道成形件的表面粗糙度。6.1.3應按照GB/T38751的要求進行硬度檢驗。6.1.4應按照要求進行機械性能的檢驗,檢驗指標由供需雙方協(xié)商確定。6.1.5應對隨形冷卻流道進行內流道進出水檢驗。6.1.6應對隨形冷卻流道與底座連接處進行裂縫和滲水檢驗。6.2復檢需方可根據雙方協(xié)定按6.1的要求進行復檢，復檢結果不合格時，由供需雙方協(xié)商解決。7技術資料交付7JB/T14993—XXXX交付的零件應包含但不限于以下信息：a)供應商信息（名稱、地址和聯(lián)系方式）；b)零件名稱和材料牌號或成分；c)零件合格證明文件（尺寸、硬度、機械性能等）；d)執(zhí)行標準編號；e)零件數量；f)生產日期；g)后處理記錄；h)產品包裝、運輸、貯存等要求。8JB/T14993—XXXX隨形冷卻流道設計A.1模型設計隨形冷卻流道的模型設計使用專業(yè)的軟件進行模流分析驗證，保證流場均勻。模型設計時需預留加工余量，規(guī)避懸臂、橫梁結構，建議用斜角代替，重要的斜向增長面與基板夾角大于40°,其余斜向增長面大于35°;模型與基板接觸面需要預留線切割余量，建議不小于0.1mm。在設計隨形冷卻流道與模具表面的距離時，隨形冷卻流道與模具表面始終保持相同的