《增材制造 測(cè)試件 增材制造系統(tǒng)幾何性能評(píng)估》編制說明

-《增材制造測(cè)試件增材制造系統(tǒng)幾何性能評(píng)估估》編制說明團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明（征求意見稿）一、工作簡(jiǎn)況1.任務(wù)來源《增材制造測(cè)試件增材制造系統(tǒng)幾何性能評(píng)估》是2022年第五批中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃項(xiàng)目（中國工藝協(xié)會(huì)〔2022〕第24號(hào)），項(xiàng)目編號(hào)為CAMMT2022-13。由中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)提出，由中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)歸口，由全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC562）牽頭組織制定，負(fù)責(zé)起草單位：中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司，計(jì)劃應(yīng)完成時(shí)間2023年。2.主要工作過程預(yù)研階段：全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱標(biāo)委會(huì)）在全國范圍內(nèi)征集標(biāo)準(zhǔn)起草工作組成員，成立起草工作組，確定工作方案，提出進(jìn)度安排。經(jīng)過起草工作組廣泛收集資料，對(duì)標(biāo)國際、專家翻譯，完成草稿的編制。2022年6月7日，標(biāo)委會(huì)組織召開了《增材制造測(cè)試件增材制造系統(tǒng)幾何性能評(píng)估》標(biāo)準(zhǔn)討論會(huì)，來自中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心、山東創(chuàng)瑞激光科技有限公司、無錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院等11家單位的13名專家和代表參加了會(huì)議。會(huì)議圍繞標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行了深入討論，與會(huì)專家提出了一系列意見與建議。起草（草案、調(diào)研）階段：計(jì)劃下達(dá)后，工作組在相關(guān)企事業(yè)單位進(jìn)行充分調(diào)研，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行修改并完善。2022年9月23日，標(biāo)委會(huì)在煙臺(tái)組織召開了標(biāo)準(zhǔn)第二次討論會(huì)，參加會(huì)議的有來自中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司、無錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院、西安增材制造國家研究院有限公司等16家單位的24名專家。與會(huì)代表對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿進(jìn)行了認(rèn)真、細(xì)致的討論，提出了修改意見及建議。會(huì)后，工作組人員根據(jù)修改意見進(jìn)行了修改，于2022年12月6日形成征求意見稿。征求意見階段：2022年XX月XX日通過電子郵件、網(wǎng)站宣傳等方式公開征求意見。截止2022年XX月XX日，收到XX家單位的回函，其中XX家單位提出了XX條意見和建議。工作組針對(duì)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XX條、部分采納XX條、不采納XX條意見和建議（意見處理詳見《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)征求意見匯總處理表》）。工作組根據(jù)處理意見對(duì)標(biāo)準(zhǔn)征求意見稿進(jìn)行了補(bǔ)充、修改，于2022年XX月XX日形成標(biāo)準(zhǔn)送審稿。審查階段：XX年XX月XX日，中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)在全體委員內(nèi)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作程序和主要技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行了函審（中國工藝協(xié)會(huì)[2022]第XX號(hào)）。截止到XX年XX月XX日，收到回函XX份，提出了XX條意見和建議。工作組針對(duì)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XX條、部分采納XX條、不采納XX條意見和建議?？傮w情況：回函數(shù)占全體委員的XX%，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，贊成數(shù)占回函數(shù)的98%（意見和建議見《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)審查意見匯總處理表》），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；以上符合中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理要求，本標(biāo)準(zhǔn)通過審查。報(bào)批階段：工作組按照函審意見對(duì)標(biāo)準(zhǔn)送審稿做了進(jìn)一步的修改、整理和完善，形成了標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿、編制說明及其他相關(guān)文件，于2022年XX月XX日?qǐng)?bào)至中國機(jī)械制造工藝協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)。3.主要參加單位和工作組成員及其所作的工作等本標(biāo)準(zhǔn)由中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司、山東創(chuàng)瑞激光科技有限公司、西安增材制造國家研究院有限公司、西北工業(yè)大學(xué)、無錫市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證研究院、中國航發(fā)上海商用發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司、國營蕪湖機(jī)械廠、湖南華曙高科技股份有限公司、西安塞隆增材制造技術(shù)股份有限公司、廣東漢邦激光科技有限公司、中航邁特粉冶科技（北京）有限公司、哈爾濱工程大學(xué)煙臺(tái)研究生院、華南理工大學(xué)、上海材料研究所、安徽拓寶增材制造科技有限公司、華質(zhì)卓越生產(chǎn)力促進(jìn)（北京）有限公司、安徽春谷3D打印智能裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院共同起草。主要成員：薛蓮、楊守峰、侯穎、于君、冒浴沂、侯慧鵬、李雅莉、慈世偉、蔡小葉、胡家齊、楊文、李魚、汪順、李波、董濤、王迪、楊啟云、張成林、栗曉飛、梁海弋、張軍。所作的工作：薛蓮任起草工作組組長(zhǎng)，全面協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)起草工作。張軍負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)資料的收集和標(biāo)準(zhǔn)草案書寫工作，楊守峰負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的總體校核和指導(dǎo)編寫工作，侯穎、于君、冒浴沂、侯慧鵬、李雅莉、慈世偉、蔡小葉、胡家齊、楊文、李魚、汪順、李波、董濤、王迪、楊啟云、張成林、栗曉飛、梁海弋、張軍負(fù)責(zé)收集、分析國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和資料，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)增材制造標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件-增材制造系統(tǒng)幾何性能評(píng)估內(nèi)容進(jìn)行歸納和總結(jié)。4.負(fù)責(zé)起草單位介紹本標(biāo)準(zhǔn)牽頭單位中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心有限公司,隸屬于國務(wù)院國資委直接監(jiān)管的中央大型科技企業(yè)集團(tuán)——機(jī)械科學(xué)研究總院集團(tuán)有限公司，是國內(nèi)最早從事標(biāo)準(zhǔn)化工作的專業(yè)科研機(jī)構(gòu)之一，同時(shí)是北京市中關(guān)村科技園區(qū)的高新技術(shù)企業(yè)、國家重點(diǎn)支持的示范生產(chǎn)力促進(jìn)中心。承擔(dān)了SAC/TC562全國增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等20個(gè)全國標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（包括4個(gè)分委會(huì)）秘書處以及機(jī)械工業(yè)工藝工裝標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)等7個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（包括4個(gè)分委會(huì)）秘書處，業(yè)務(wù)范圍涉及增材制造、機(jī)械制圖、幾何公差、數(shù)字化設(shè)計(jì)及仿真、基礎(chǔ)零部件等多個(gè)裝備制造業(yè)基礎(chǔ)共性領(lǐng)域。本標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位，已經(jīng)在增材制造金屬粉末床熔融領(lǐng)域精耕多年，擁有深厚的產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗(yàn)、維修服務(wù)等經(jīng)驗(yàn)。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和主要內(nèi)容1.標(biāo)準(zhǔn)編制原則本標(biāo)準(zhǔn)的編寫主要遵循了以下原則：——在結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則上遵循GB/T1.1—2020的相關(guān)要求；——規(guī)定了增材制造標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件制備、測(cè)量和幾何圖形的一般要求；——注意標(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.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了增材制造標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件制備、測(cè)量和幾何圖形的一般要求，通過測(cè)試增材制造系統(tǒng)可成形的最小特征尺寸、表面粗糙度和測(cè)試件的幾何尺寸精度進(jìn)行幾何性能評(píng)估。主要包括：——制備測(cè)試件的一般要求：規(guī)定了材料、工藝規(guī)范、文件格式、測(cè)試件的數(shù)量和位置、成形方向、零件陣列與合并、支撐和后處理、標(biāo)記方面的內(nèi)容，旨在促進(jìn)供應(yīng)商和用戶雙方的溝通，為測(cè)試件的制作提供了參考?！獪y(cè)量測(cè)試件的一般要求：規(guī)定了標(biāo)樣的構(gòu)建、測(cè)量策略和測(cè)量不確定度三方面的要求，為標(biāo)樣的測(cè)試提供了參考；——標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件的幾何圖形：規(guī)定了精度、分辨率和表面粗糙度三大類型的標(biāo)樣。動(dòng)態(tài)成形精度和綜合成形精度檢驗(yàn)按GB/T39329—2020《增材制造測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件精度檢驗(yàn)》的規(guī)定進(jìn)行。分辨率包括圓柱形、圓孔、壁厚、槽和粗糙度標(biāo)樣，明確了標(biāo)樣的制作目的，幾何形狀，測(cè)量方法和注意事項(xiàng)。本標(biāo)準(zhǔn)是通過獲得測(cè)試件的表面粗糙度、分辨率（即最小特征尺寸，包括圓柱形、圓孔、壁厚和槽）和成形精度（線性成形精度、動(dòng)態(tài)成形精度和綜合成形精度）用于定量評(píng)估增材制造系統(tǒng)的幾何成形能力。標(biāo)準(zhǔn)描述了一套測(cè)試件的幾何特征，每個(gè)測(cè)試件用于研究一個(gè)或多個(gè)特定的性能指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)試件的要求和數(shù)量，但沒有規(guī)定具體的測(cè)量方法。不同用戶應(yīng)用程序可能需要不同等級(jí)的性能。標(biāo)準(zhǔn)討論了標(biāo)樣擺放的示例以及測(cè)量不確定度要求，以檢測(cè)高低等級(jí)的系統(tǒng)性能。本標(biāo)準(zhǔn)適用于利用粉末床熔融工藝制備的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件進(jìn)行增材制造系統(tǒng)校準(zhǔn)和成形能力評(píng)估,標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件可以在新設(shè)備安裝時(shí)直接成形并進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，可在系統(tǒng)維護(hù)后或根據(jù)質(zhì)量體系的要求，用于定期評(píng)估某一增材制造系統(tǒng)的性能或診斷故障。規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件可用于買方和賣方之間評(píng)估增材制造零件或增材制造系統(tǒng)的能力,可以用來衡量新的工藝參數(shù)或材料對(duì)增材制造系統(tǒng)性能的影響，也可根據(jù)最終用戶的需求，單獨(dú)成形單一的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）情況為了驗(yàn)證在不同增材制造系統(tǒng)的幾何成形能力，選取激光選擇性熔化系統(tǒng)和立體光固化增材制造設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，具體開展的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與測(cè)試情況如下：1.驗(yàn)證方案按照標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)樣制作的一般準(zhǔn)則在激光選擇性熔化系統(tǒng)和立體光固化增材制造系統(tǒng)上分別制作精度標(biāo)樣（包括線性精度標(biāo)樣、動(dòng)態(tài)成形精度標(biāo)樣和綜合成形精度標(biāo)樣）、分辨率標(biāo)樣（圓柱形、圓孔、壁厚、槽）和表面粗糙度標(biāo)樣，按照標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)樣測(cè)量的一般要求和推薦的方法進(jìn)行測(cè)試，獲得各增材制造系統(tǒng)可成形的最小特征尺寸和表面粗糙度，以評(píng)估增材制造系統(tǒng)的幾何成形能力。對(duì)SPS450立體光固化工藝和3DSystemS300激光粉末床熔融增材制造設(shè)備的幾何成形能力進(jìn)行預(yù)估，分別在SPS650和S300設(shè)備上制作表1中標(biāo)樣。表1制作的標(biāo)樣及規(guī)格序號(hào)標(biāo)樣規(guī)格數(shù)量1線性標(biāo)樣55mm×5mm×8mm42圓柱形標(biāo)樣φ1mm×6mm,φ0.50mm×3mm,φ0.40mm×2mm,φ0.30mm×1.5mm,φ0.20mm×1mm,φ0.10mm×0.5mm13圓孔標(biāo)樣孔徑(φ0.50mm,φ0.40mm，φ0.30mm，φ0.20mm，φ0.10mm)，厚度2.5mm14壁厚標(biāo)樣壁厚（1mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm，0.1mm），高度10mm15槽寬標(biāo)樣槽寬（1mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm，0.1mm），高度10mm16帶傾斜槽寬標(biāo)樣槽寬（6mm，5mm，4mm，3mm，2mm和1mm），高度10mm，傾斜角度（5°，10°，15°,20°,25°,30°）17表面粗糙度標(biāo)樣0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°12.實(shí)驗(yàn)手段在不同的增材制造設(shè)備上進(jìn)行成形試驗(yàn)，得到測(cè)試件，按照標(biāo)準(zhǔn)中推薦的測(cè)量方法對(duì)測(cè)試件進(jìn)行檢測(cè)，得到測(cè)試件的原始數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除異常點(diǎn)，得到相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，將結(jié)果匯總，并做出相關(guān)圖表進(jìn)行比較，得到結(jié)論。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析3.1增材制造立體光固化設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果在SPS450立體光固化增材制造設(shè)備上制作的測(cè)試件，材料為光敏樹脂，成形的標(biāo)樣如圖所示。圖9SLA標(biāo)樣圖10SLA線性標(biāo)樣圖11SLA圓柱形標(biāo)樣圖12SLA圓孔標(biāo)樣圖13SLA槽寬標(biāo)樣圖14SLA帶傾斜角度的槽寬標(biāo)樣圖15SLA壁厚標(biāo)樣圖16SLA粗糙度標(biāo)樣（1）線性標(biāo)樣用游標(biāo)卡尺測(cè)量線性標(biāo)樣的線性尺寸如下表：表2SLA線性測(cè)試件尺寸單位：mm序號(hào)設(shè)計(jì)尺寸中心坐標(biāo)2.512.525405557.51012.512.4812.4725.0139.9855.025.027.5610.0712.6027.5,0,022.5112.4925.0240.0155.155.007.5510.0812.610,27.5,032.4912.4825.0040.0755.025.027.5410.0712.51-27.5,0,042.5012.5025.0140.0855.144.987.5410.1012.620，-27.5,0（2）圓柱形圓柱形標(biāo)樣0.3mm、0.2mm和0.1mm未能成形，只有0.5mm和0.4mm成形，用超景深顯微鏡測(cè)量圓柱的直徑，如表3，尺寸偏差較大，且成形出標(biāo)樣的高度比設(shè)計(jì)高度低，高度都低于0.5mm。表3SLA圓柱形測(cè)量尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸0.50.440.510.610.40.430.450.470.3成形失敗0.2成形失敗0.1成形失?。?）圓孔圓孔標(biāo)樣0.1mm未能成形，用超景深顯微鏡測(cè)量0.5mm、0.4mm、0.3mm和0.2mm圓孔的直徑分別為0.54mm、0.42mm、0.32mm、0.19mm。（4）壁厚壁厚標(biāo)樣1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm成形完好，但0.1mm的標(biāo)樣未能成形。測(cè)量尺寸見表4。表4SLA壁厚標(biāo)樣測(cè)量尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸11.021.061.020.80.810.820.810.60.620.590.590.40.420.410.390.20.200.190.180.1成形失?。?）槽寬用超景深顯微鏡測(cè)量槽寬標(biāo)樣，尺寸如表5，0.1mm、0.2mm和0.4mm槽寬標(biāo)樣的尺寸偏差較大。表5SLA槽寬標(biāo)樣測(cè)試尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸10.960.980.960.80.800.780.780.60.530.550.560.40.290.330.370.20.280.280.280.10.190.190.18（6）粗糙度受SLA成形工藝的影響，粗糙度標(biāo)樣在成形時(shí)都添加了支撐，因此粗糙度只能測(cè)量上表面。粗糙度標(biāo)樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)在后續(xù)工作中完善。3.2激光粉末床熔融增材制造設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果在3DSystemS300激光粉末床熔融增材制造設(shè)備上制作的測(cè)試件，材料為17-4PH不銹鋼，標(biāo)樣未進(jìn)行后處理，成形的標(biāo)樣如圖所示，標(biāo)樣檢測(cè)數(shù)據(jù)在后續(xù)的工作中完善。圖17SLM測(cè)試件圖18SLM線性精度標(biāo)樣（Y向）圖19SLM線性精度標(biāo)樣（X向）圖20SLM圓柱形和圓孔標(biāo)樣圖21SLM槽寬標(biāo)樣圖22SLM粗糙度標(biāo)樣（1）線性測(cè)試件用游標(biāo)卡尺測(cè)量線性標(biāo)樣的線性尺寸如下表：表6SLM線性標(biāo)樣尺寸單位：mm序號(hào)設(shè)計(jì)尺寸中心坐標(biāo)2.512.525405557.51012.512.5012.5025.0440.0354.944.987.4910.0112.4527.5,0,022.5112.4924.9639.9754.994.997.509.9812.500,27.5,032.5012.5325.0339.9454.984.987.5010.0012.51-27.5,0,042.5312.4924.9939.9455.004.977.499.9712.430，-27.5,0（2）圓柱形圓柱形標(biāo)樣0.1mm未能成形，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量圓柱形標(biāo)樣的直徑，測(cè)量尺寸如表7所示。表7SLM圓柱形標(biāo)樣測(cè)量尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸0.50.460.460.470.40.350.350.350.30.300.280.270.20.160.190.150.1成形失?。?）圓孔圓孔標(biāo)樣0.1mm、0.2mm、0.3mm未能成形，用超景深顯微鏡測(cè)量0.5mm、0.4mm圓孔的直徑分別為0.42mm、0.38mm，圓孔的尺寸差異較大，且上端直徑大，下端直徑小。（4）壁厚壁厚標(biāo)樣1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm成形完好。表8SLA壁厚標(biāo)樣測(cè)量尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸10.960.940.940.80.800.780.780.60.580.570.580.40.370.370.370.20.240.230.22（5）槽寬用超景深顯微鏡測(cè)量槽寬標(biāo)樣，尺寸如表9：表9SLM槽寬標(biāo)樣測(cè)試尺寸單位：mm設(shè)計(jì)尺寸測(cè)量尺寸11.051.021.030.80.830.810.830.60.620.610.610.40.420.420.420.20.210.230.230.10.120.110.11（6）粗糙度受SLM成形工藝的影響，15°粗糙度標(biāo)樣在成形時(shí)添加了支撐，因此0°和15°標(biāo)樣只能測(cè)量上表面，其他標(biāo)樣可以檢測(cè)上下兩個(gè)表面。粗糙度標(biāo)樣的檢測(cè)數(shù)據(jù)在后續(xù)工作中完善。四、標(biāo)準(zhǔn)中涉及專利的情況本標(biāo)準(zhǔn)不涉及專利問題。五、預(yù)期達(dá)到的社會(huì)效益、對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用等情況本文件規(guī)定了增材制造標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件制備、測(cè)量和幾何圖形的