（高清版）GBT 43233-2023 增材制造 系統(tǒng)性能和可靠性 航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備驗收試驗

增材制造系統(tǒng)性能和可靠性航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備驗收試驗2023-11-27發(fā)布2023-11-27實施GB/T43233—2023 I 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4設備 25環(huán)境和操作條件 26鑒定試驗 26.1一般要求 6.2激光束試驗 6.3機械功能試驗 6.4加熱系統(tǒng) 6.5成形室內氣氛 6.6數據記錄 56.7安全系統(tǒng) 6.8可選試驗 6.9再鑒定 67試驗報告 附錄A(資料性)用于軌跡精度試驗的幾何圖形 8附錄B(資料性)試驗報告示例 參考文獻 I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定本文件修改采用ISO/ASTM52941:2020《增材制造系統(tǒng)性能和可靠性航空航天用金屬材料本文件與ISO/ASTM52941:2020的技術差異及其原因如下：——用規(guī)范性引用的GB/T35351和GB/T41507替換了ISO/ASTM52900和ISO/ASTM52921(見第3章),沿用我國增材制造領域術語慣用的定義方式，以便于使用；——更改了環(huán)境和操作條件中健康安全的要求(見第5章),符合我國行業(yè)標準的規(guī)定；——用規(guī)范性引用的GB/T41572替換了ISO11154(見6.2.3),以滿足當前我國增材制造用脈沖激光器試驗的要求；——增加了激光束位置的試驗步驟(見6.2.7),以提高試驗的可操作性。本文件做了下列編輯性改動：——為與現(xiàn)有標準協(xié)調，將標準名稱改為《增材制造系統(tǒng)性能和可靠性航空航天用金屬材料激——刪除了ISO/ASTM52941:2020中6.8.3的熱線風速儀示例，因熱線風速儀的操作按照使用說——更改了用于軌跡精度試驗的幾何圖形和試驗報告示例兩個資料性附錄的順序(見附錄A和附錄B),根據其在正文中被移作附錄之前所處位置的前后順序；請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中國機械工業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國增材制造標準化技術委員會(SAC/TC562)歸口。本文件起草單位：安徽省春谷3D打印智能裝備產業(yè)技術研究院有限公司、安徽拓寶增材制造科技有限公司、國營蕪湖機械廠、中機生產力促進中心有限公司、山東創(chuàng)瑞增材制造產業(yè)技術研究院有限公晨光集團有限責任公司、西安增材制造國家研究院有限公司、安徽銘谷激光智能裝備科技有限公司、中國航發(fā)商用航空發(fā)動機有限責任公司、湖南華曙高科技股份有限公司、華南理工大學、華質卓越生產安賽隆增材技術股份有限公司。1GB/T43233—2023增材制造系統(tǒng)性能和可靠性航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備驗收試驗本文件規(guī)定了航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備系統(tǒng)性能和可靠性的鑒定和再鑒定的要求本文件適用于航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備交付、定期復檢或保養(yǎng)、維修后的系統(tǒng)性能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GB/T35351增材制造術語GB/T41507增材制造術語坐標系和測試方法(GB/T41507—2022,ISO/ASTM52921:2013,MOD)GB/T41572脈沖激光時域主要參數測量方法GB/T43141激光增材制造機床通用技術條件ISO11146(所有部分)激光和激光相關設備激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比的試驗方法(Lasersandlaser-relatedequipment—Testmethodsforlaserbeamwidths,divergenceanglesandbeampropagationratios)注：GB/T26599.1—2011激光和激光相關設備激光光束寬度、發(fā)散角和光束傳輸比的試驗方法第1部分：無像散和簡單像散光束(ISO11146-1:2005,IDT)3術語和定義GB/T35351和GB/T41507界定的以及下列術語和定義適用于本文件。掃描速度scanningspeed激光束在成形平臺(工作面)平面內運動的相對線速度。熱機時間warm-uptime根據設備制造商的規(guī)定，從啟動設備到能夠開始成形的時間。供粉平臺feedingplatform向鋪粉裝置(3.4)供應粉末的移動平臺。鋪粉裝置powderspreadingd將粉末均勻分布在成形面上的機械裝置。2額定激光功率ratedlaserpower激光器制造商規(guī)定的最大輸出功率。最小束腰位置minimumbeamwaistposition4設備航空航天用金屬材料激光粉末床熔融設備(以下簡稱“設備”)應按照設備說明書進行安裝、操作和5環(huán)境和操作條件鑒定試驗期間的環(huán)境和操作條件應符合設備制造商規(guī)定的范圍，并符合設備用戶在生產過程中規(guī)c)公共設施(例如電力、壓縮空氣、保護氣體以及水的供應);d)沖擊/振動；e)成形室壓力；h)氧含量。應符合GB/T43141中激光輻射和防火防爆的規(guī)定。6鑒定試驗6.1一般要求設備鑒定試驗應至少包括6.2～6.7中規(guī)定的要求。應根據測量儀器說明書使用經校準的測量儀器進行測量。連續(xù)激光器應進行激光功率測量，如適用，宜參照ISO11554的規(guī)定進行。激光功率的設置值應與實測值進行比較。在工作區(qū)域(即在成形室內)使用經校準的測量儀器進行測量。儀器應能準確測量實際激光功率范圍。激光功率測量應符合生產要求，覆蓋典型功率范圍。如果該范圍未知，建議至少在三個點進行測量，包括額定激光功率的30%和90%。應根據設備制造商的規(guī)定執(zhí)行熱機時間。功率穩(wěn)定性宜參照ISO11554的規(guī)定進行測量。如果ISO11554不適用，宜按照以下步驟進行3a)如果規(guī)定了熱機時間，應在熱機時間結束后立即開始功率穩(wěn)定性測量；b)除供需雙方另有約定外，應在無粉末的情況下，在所有光學元件后進行以下功率測量，以證明激光功率穩(wěn)定性：1)設備執(zhí)行熱機時間后的最大額定激光功率；2)在激光器以最大額定激光功率至少保持15min后，在2min內獲得的最大額定激光功率。c)兩次測量值之間的偏差不應超過±5%。注：額定激光功率的定義見3.5。脈沖激光器特性應按照GB/T41572的規(guī)定進行測量，試驗項目由合同雙方協(xié)商確定。激光束的特性(光斑大小、輪廓和對稱性)應在成形平面用合適的試驗設備進行測定，激光束與工作除供需雙方另有約定，激光束特性的評估應按照ISO11146(所有部分)的要求進行。結果應與光斑尺寸、輪廓和對稱性要求進行比較。熱機時間結束后，應在中心和成形區(qū)域邊緣的四個點確定最小束腰位置(焦點)。應對照成形表面的高度給出ε軸束腰位置的值。最小束腰位置可通過在不同成形平臺高度(x軸)的測試板上用激光掃描相同路徑產生的線來確定。最細的線的z軸高度值代表焦點位置。熱機時間完成后，應在額定激光功率的10%、50%和90%下進行最小束腰位置穩(wěn)定性的評估。應使用合適的試驗設備，在工作平面上用激光束在垂直方向上進行評估。除合同雙方另有約定，每個設定的功率最短運行時間應為15min。根據使用的測量方法，應將該評估結果與6.2.5中的評估結果和/或6.2.4中的光斑大小評估結果進行比較。應確定激光束相對于工作平面(場校正)的精度。宜參照以下方法進行測量：——可使用激光在測試板上按照50條×50條縱橫線構成的網格路徑進行掃描，以網格左下方的格點為參照點，測試每個網格格點的激光束位置與規(guī)定位置的X-Y偏差矢量；——可使用二次元測量儀測試。除供需雙方另有約定，激光束位置與規(guī)定位置的X-Y偏差矢量不應超過±0.06mm。應在測試板上按照給定的掃描速度掃描幾何圖形，以確定軌跡精度。附錄A給出了用于軌跡精度試驗的幾何圖形示例。應記錄掃描速度。宜在最大工作范圍和掃描速度范圍內確定軌跡精度的幾何圖形，并用光學儀器進行測量。應評估以下內容：4——閉合或互補輪廓處入口點與出口點的一致性；——改變方向時的軌跡精度(光學系統(tǒng)的慣性);——不同掃描軌跡之間的重疊區(qū)域(例如輪廓和實體)。應在X和Y方向以及(45±15)°方向進行掃描速度測量。測量的掃描速度可由用戶指定。示例：可通過成形平臺上的測試板上的激光熔道(熔痕)來確定掃描速度。為此，在規(guī)定的時間段內掃描約定的軌跡，通過測量熔道長度，并除以實際的激光開啟時間。例如，在激光控制臺進行實際激光開啟時間的測量。除非供需雙方另有約定，測量的掃描速度與規(guī)定值的最大允許偏差為±5%。如果使用多激光束設備制造零件，且每個零件完全在一個激光工作區(qū)內，則在每個工作區(qū)內的激光束都應符合6.2.1～6.2.9的規(guī)定。如果使用多激光束設備制造零件，其中任何零件跨越一個以上的激光工作區(qū)，則應按照供需雙方的約定進行額外的交叉校準。當多個激光束在成形區(qū)域內的任何一點上聚焦同一位置時，除非供需雙方另有規(guī)定，任何兩個激光束的距離不應超過0.06mm。應記錄測量結果。應測量機械結構的定位精度和重復定位精度。成形平臺的定位精度和重復定位精度應在最大的工作范圍內進行測定，例如使用千分表。應在至少五個成形平臺高度(0%、25%、50%、75%、100%)處進行測量，每個平臺高度應至少進行5次連續(xù)移動，平臺在最高位置處空載，在最低位置處承受重量負載。重量負載應與待加工材料(相對密度)和承載能力有關，至少為承載能力的30%。公差應由供需雙方協(xié)商確定。本條僅適用于配有供粉平臺的設備。供粉平臺的定位精度和重復定位精度應在規(guī)定的運動范圍內進行測定，例如使用千分表。應在至少五個供粉平臺高度(0%、25%、50%、75%、100%)處進行測量，每個平臺高度應至少進行5次連續(xù)移動，平臺在最高位置處空載，在最低位置處承受重量負載。應根據待加工材料(相對密度)和承載能力規(guī)定重量負載。公差應由供需雙方協(xié)商確定。如果設備使用非供粉平臺的方法將粉末輸送至送粉區(qū)域，則需指定一種方法測量和驗證送粉精度。送粉精度應由供需雙方協(xié)商確定。5加熱系統(tǒng)的功能應按照設備用戶的規(guī)定進行演示或驗證。應對設備運行過程中的氣氛環(huán)境進行規(guī)定，并通過傳感器和控制系統(tǒng)等確保其符合規(guī)定的要求。應對設備的氣密性進行規(guī)定，可通過測試給定時間段內的壓力變化進行試驗，并記錄試驗結果。應演示或驗證系統(tǒng)的數據記錄功能。應演示或驗證系統(tǒng)的安全功能。在鑒定試驗時，可根據ISO/ASTM52902制造示例件和/或測試件。宜考慮以下因素：b)缺陷；c)多余(部分熔融)材料；d)制件顏色(尤其是鈦)和/或粉塵痕跡，作為保護氣體不足的標志；e)顯微照片上顯示孔洞和未熔透，可用射線透視檢查；f)幾何尺寸精度；不同位置的成形質量可通過成形平臺上成形區(qū)域來評估。圖1是成形區(qū)域評估的超聲波檢測示例。宜規(guī)定具體的無損檢測方法和步驟。6Y?Y?X標引符號說明：Y?——信號功率。圖1成形區(qū)域評估的超聲波檢測示例試驗裝置：熱線風速儀(用來測量流體或氣體的速度和方向的裝置)。試驗方法：通過測量放置在流體或氣流中的導線(被電流加熱)的熱損失來實現(xiàn)。圖2給出了成形平臺的測量位置示例。圖2成形平臺的測量位置示例如果對設備進行了改造或對操作條件進行了重大變更(如改造、修理或更換關鍵部件、重新安置設備),則應重新進行相關的鑒定試驗。軟件變更可按需重新鑒定設備。設備的關鍵部件包括：——激光源；——氣體系統(tǒng)；——光學系統(tǒng)；7 7試驗報告應完整記錄試驗結果。試驗報告(見附錄B中的示例)應至少包括以下信息：a)設備的型號和名稱；c)環(huán)境和操作條件；d)試驗范圍(相關材料和操作限制);e)試驗結果，見第6章；h)試驗人員；j)意見和建議；k)本文件編號。8(資料性)用于軌跡精度試驗的幾何圖形圖A.1給出了用于軌跡精度試驗的幾何圖形。GAH→F→E→H→G→F→G→H→E→F。圖A.1用于軌跡精度試驗的幾何圖形9GB/T43233—2023(資料性)試驗報告示例表B.1給出了試驗報告的示例。表B.1試驗報告示例金屬材料激光粉末床熔融設備設備編號：設備制造商：激光器制造商：設備名稱：激光器名稱：設備序列號：激光器序列號：參數測量結果(最大偏差)%限值符合GB/T43141光學系統(tǒng)激光功率激光功率穩(wěn)定性激光束幾何焦點位置激光束位置0.06mm軌跡精度掃描速度平臺移動成形平臺供粉平臺鋪粉裝置運動傳感器系統(tǒng)精度氣密性示例件和測試件協(xié)議