增材制造金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)指南

PAGE6增材制造金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)指南范圍本文件給出了增材制造金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)指南的總體要求、生產(chǎn)過(guò)程要求和質(zhì)量檢測(cè)要求。本文件適用于金屬選區(qū)激光熔化成形增材制造生產(chǎn)的部件或組件從原材料、生產(chǎn)過(guò)程和后處理的全過(guò)程管理。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成文本件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)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。GB12348工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法GB/T2039金屬材料單軸拉伸蠕變?cè)囼?yàn)方法GB/T3075金屬材料疲勞試驗(yàn)軸向力控制方法GB/T3246.1變形鋁及鋁合金制品組織檢驗(yàn)方法第1部分：顯微組織檢驗(yàn)方法GB/T3323金屬熔化焊焊接接頭射線照相GB/T3488.1硬質(zhì)合金顯微組織的金相測(cè)定GB/T5168鈦及鈦合金高低倍組織檢驗(yàn)方法GB/T5817粉塵作業(yè)場(chǎng)所危害程度分級(jí)GB/T6060.2表面粗糙度比較樣塊磨、車、鏜、銑、插及刨加工表面GB/T6611鈦及鈦合金術(shù)語(yǔ)和金相圖譜GB/T13299鋼的顯微組織評(píng)定方法GB/T14999.1高溫合金試驗(yàn)方法：第一部分縱向低倍組織及缺陷浸試驗(yàn)GB/T14999.2高溫合金試驗(yàn)方法：第一部分橫向低倍組織及缺陷浸試驗(yàn)GB/T18851.1無(wú)損檢測(cè)滲透檢測(cè)第1部分：總則GB/T25745鑄造鋁合金熱處理GB/T29070無(wú)損檢測(cè)工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）檢測(cè)通用要求GB/T35351增材制造術(shù)語(yǔ)GB/T37584鈦及鈦合金制件熱處理GB/T39191不銹鋼和耐熱鋼件熱處理GB/T39192高溫合金件熱處理GB/Z1工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GJB1187A射線檢驗(yàn)術(shù)語(yǔ)和定義GB/T35351界定的以及下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1數(shù)據(jù)處理dataprocessing對(duì)三維數(shù)據(jù)模型進(jìn)行成形角度設(shè)置、成形位置選擇、輔助結(jié)構(gòu)添加、切片處理和工藝參數(shù)設(shè)置等的處理過(guò)程。3.2支撐support為了在制造過(guò)程中為制件提供底座和力學(xué)支撐而創(chuàng)建的獨(dú)立于制件幾何的結(jié)構(gòu)?？傮w要求操作人員從事增材制造的人員應(yīng)按照增材制造技術(shù)從業(yè)人員相關(guān)要求和選區(qū)激光熔化成形專用設(shè)備相關(guān)要求進(jìn)行培訓(xùn)，經(jīng)過(guò)培訓(xùn)考核合格后持證上崗。從事熱處理的人員應(yīng)熟悉本職業(yè)務(wù)，具有一定的專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按照本行業(yè)相應(yīng)規(guī)定經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、考核，取得合格證，持證上崗。設(shè)備金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)具備以下條件：a)選區(qū)激光熔化成型設(shè)備應(yīng)具備合格證明、運(yùn)轉(zhuǎn)正常，具備良好的密封性、穩(wěn)定的激光源和光路系統(tǒng)、精密鋪粉系統(tǒng)、氣路循環(huán)系統(tǒng)，激光防護(hù)裝置、惰性氣體檢測(cè)裝置；b)設(shè)備應(yīng)配有完整的使用說(shuō)明、點(diǎn)檢記錄和運(yùn)行記錄；c)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備應(yīng)保持內(nèi)外潔凈、通風(fēng)良好，金屬粉塵應(yīng)符合GB5817的規(guī)定；d)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備應(yīng)一直備有防輻射、防粉塵等防護(hù)用品；e)需定期進(jìn)行檢驗(yàn)校對(duì)和保養(yǎng)，保證正常無(wú)誤后繼續(xù)使用。對(duì)金屬選區(qū)激光熔化成形的制件進(jìn)行熱處理的設(shè)備應(yīng)具備以下條件：a)用于選區(qū)激光熔化成形制件熱處理工藝的加熱設(shè)備為真空爐或惰性氣體爐。爐內(nèi)支架、夾具、托盤(pán)和通風(fēng)裝置等應(yīng)保證每一制件均能按本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱處理；b)所有與制件接觸的托盤(pán)、支架或夾具一般由耐熱金屬制成。在加熱過(guò)程中，夾具應(yīng)保證制件周圍的加熱介質(zhì)能自由流動(dòng)。原材料4.3.1粉末一般要求選區(qū)激光熔化成形使用的原材料粉末應(yīng)為實(shí)心固體顆粒狀態(tài)，無(wú)目視可見(jiàn)的雜物，松裝密度和振實(shí)密度可根據(jù)具體使用需求進(jìn)行要求。粉末粒度D90不大于63μm，化學(xué)成分應(yīng)符合國(guó)標(biāo)牌號(hào)要求或使用需求。4.3.2粉末的使用原材料粉末的使用應(yīng)符合以下要求：a)粉末在使用前應(yīng)經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)目數(shù)的篩網(wǎng)過(guò)篩；b）不同批次粉末可混合使用，過(guò)篩混合均勻后，應(yīng)重新進(jìn)行檢測(cè)，粉末化學(xué)成分、粒徑應(yīng)符合要求，檢測(cè)合格后使用；c）成形艙內(nèi)、收粉桶內(nèi)回收的粉末以及制件清理出的粉末允許過(guò)篩后循環(huán)使用，單批次粉末循環(huán)使用10次后，對(duì)粉末重新進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后可使用；d）成形艙殘留粉末和循環(huán)系統(tǒng)中的粉末不允許循環(huán)使用；e)領(lǐng)用的粉末應(yīng)有質(zhì)量保證單，材料應(yīng)在專用庫(kù)房存放，標(biāo)識(shí)明顯，通風(fēng)干燥；f）原材料粉末具有一定的可燃性，在粉末的裝填、篩分、回收過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備操作要求，佩戴防靜電設(shè)施，同時(shí)防止出現(xiàn)明火，引發(fā)安全生產(chǎn)事故。4.3.3粉末的貯存金屬粉末應(yīng)存放于密閉的貯存容器中，若長(zhǎng)時(shí)間不使用應(yīng)向容器中充惰性保護(hù)氣體并密封保存。裝有金屬粉末的密封容器應(yīng)存放于干燥的室內(nèi)環(huán)境中。生產(chǎn)工藝金屬選區(qū)激光熔化成形選用的生產(chǎn)工藝應(yīng)針對(duì)典型結(jié)構(gòu)件開(kāi)展相應(yīng)合金材料的工藝性試驗(yàn)確認(rèn)，對(duì)成形過(guò)程中的應(yīng)力變形、成形缺陷進(jìn)行控制，確保結(jié)構(gòu)件的整體順利成形。通過(guò)試制工藝試件來(lái)確認(rèn)所設(shè)定的工藝參數(shù)符合設(shè)計(jì)需求和工藝控制要求。金屬選區(qū)激光熔化成形過(guò)程屬于特殊過(guò)程，應(yīng)根據(jù)使用需求做特殊過(guò)程確認(rèn)。環(huán)境金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)符合以下要求：a)選區(qū)激光熔化成形車間應(yīng)安裝防激光輻射裝置，激光器設(shè)備保證光學(xué)封閉，以確保操作人員安全；b)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備使用車間應(yīng)保持潔凈和通風(fēng)良好，環(huán)境溫度15℃～25℃，相對(duì)濕度不大于60%；c)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備安裝場(chǎng)地周圍應(yīng)無(wú)大的振動(dòng)源，以保證設(shè)備的穩(wěn)定性；d)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備使用車間所用電源電壓應(yīng)保持穩(wěn)定，宜配置專用供電，應(yīng)依照選區(qū)激光熔化成形設(shè)備、激光器等的電源說(shuō)明書(shū)采用AC380×(1±0.05)V或AC220×(1±0.05)V，50Hz；e)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備使用現(xiàn)場(chǎng)噪聲應(yīng)控制在GB12348相關(guān)要求的范圍內(nèi)；f)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備使用車間粉塵應(yīng)符合GB/T5817的相關(guān)規(guī)定及要求；g)選區(qū)激光熔化成形設(shè)備生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配有氧氣濃度檢測(cè)報(bào)警裝置。生產(chǎn)過(guò)程的要求生產(chǎn)流程金屬選區(qū)激光熔化成形生產(chǎn)流程應(yīng)遵循以下流程：圖1金屬激光選區(qū)熔化成形生產(chǎn)流程工藝性試驗(yàn)確認(rèn)工藝性試驗(yàn)確認(rèn)主要包括性能試件的制備與試驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理后形成的固化參數(shù)包，特殊過(guò)程確認(rèn)。因金屬激光選區(qū)熔化成形的特殊特性，需根據(jù)使用方的使用需求、結(jié)合檢驗(yàn)方法提供的技術(shù)文件要求，基于所使用的選區(qū)激光熔化成形設(shè)備，針對(duì)典型結(jié)構(gòu)件開(kāi)展相應(yīng)合金材料的工藝性試驗(yàn)確認(rèn)，對(duì)成形過(guò)程中的應(yīng)力變形、成形缺陷進(jìn)行控制，對(duì)材料力學(xué)性能和其他性能進(jìn)行試驗(yàn)摸底，對(duì)采用的支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證，確保結(jié)構(gòu)件的整體順利成形。數(shù)字模型的處理應(yīng)符合對(duì)應(yīng)設(shè)備的成型區(qū)域和參數(shù)要求。根據(jù)制件的三維模型特點(diǎn)，以制件成形完整性和不浪費(fèi)粉末材料為原則對(duì)其進(jìn)行輔助支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和添加、層片信息處理、掃描路徑設(shè)計(jì)及成形工藝參數(shù)（激光功率、掃描速度等）設(shè)置，生成選區(qū)激光熔化成形專用程序參數(shù)包。參數(shù)包保存名稱應(yīng)完整且易區(qū)分，可以包含但不限于制件圖號(hào)、名稱、材料牌號(hào)、版本號(hào)。完成建模和處理后應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、加工風(fēng)險(xiǎn)排查、降低應(yīng)力集中。應(yīng)根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行調(diào)整，以滿足上述目的。工藝性試驗(yàn)確認(rèn)應(yīng)包含特殊過(guò)程確認(rèn)，通過(guò)試制工藝試件來(lái)確認(rèn)所設(shè)定的工藝參數(shù)符合設(shè)計(jì)需求和工藝控制要求。其中力學(xué)性能試件應(yīng)按成形區(qū)域布置三橫三豎制造。特殊過(guò)程確認(rèn)與制造的制件的工藝過(guò)程完全相同。相同牌號(hào)的制件特殊過(guò)程確認(rèn)在有效期內(nèi)可只做一次。工藝性試驗(yàn)確認(rèn)和特殊過(guò)程確認(rèn)完成后，方可進(jìn)行正式產(chǎn)品制造。生產(chǎn)前準(zhǔn)備生產(chǎn)前準(zhǔn)備工作主要包括設(shè)備清潔、基板調(diào)平、數(shù)據(jù)傳輸。5.3.1設(shè)備清潔使用清潔工具與設(shè)備對(duì)成形區(qū)域、供粉倉(cāng)和收粉倉(cāng)的側(cè)壁進(jìn)行清潔，使用濕式吸塵器對(duì)傳感器探頭和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)周圍進(jìn)行吸附處理，對(duì)振鏡表面和觀察窗口使用拭鏡紙蘸取濃度75%酒精進(jìn)行擦拭。若與上批次成形粉末牌號(hào)相同，清潔次數(shù)不少于3次，若與上批次成形粉末牌號(hào)不同，清潔次數(shù)不少于8次。對(duì)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行反吹處理，廢料桶的廢粉進(jìn)行隔絕清理。5.3.2基板調(diào)平成形使用基板應(yīng)選用與成形材料牌號(hào)相同或相近的金屬。調(diào)平刮刀與基板間隙，使用百分表與塞尺檢測(cè)，要求不同的三個(gè)位置點(diǎn)與刮刀間隙不得超過(guò)0.05mm。5.3.3數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸就是把工藝性試驗(yàn)確認(rèn)過(guò)程確定的固化參數(shù)包上傳成形設(shè)備。生產(chǎn)制造過(guò)程生產(chǎn)制造過(guò)程主要包括以下步驟：a）開(kāi)通惰性保護(hù)氣源；b）核對(duì)生產(chǎn)任務(wù)和參數(shù)包名稱；c）啟動(dòng)生產(chǎn)任務(wù)；d）成形結(jié)束后清理制件周圍與內(nèi)腔的粉末，確保清理出制件后的多余粉末仍留在設(shè)備內(nèi)，以供循環(huán)使用。清理過(guò)程中注意操作人員的防護(hù)；e）對(duì)清理出的粉末根據(jù)不同粉末材料的技術(shù)要求進(jìn)行過(guò)篩處理，處理后的粉末仍裝入原包裝桶保存，若長(zhǎng)時(shí)間不使用應(yīng)對(duì)粉末包裝桶充入惰性保護(hù)氣體。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況、鋪粉完整效果、惰性氣體壓力、氧氣濃度、鋪粉率等參數(shù)定時(shí)巡檢，并做好監(jiān)控記錄。后處理后處理工作內(nèi)容主要包括對(duì)成形制件的熱處理和支撐去除。5.5.1熱處理選區(qū)激光熔化成形后，對(duì)帶基板的成形件進(jìn)行去應(yīng)力退火熱處理，不同材料的熱處理要求不同，具體應(yīng)為：a)鋁合金材料熱處理應(yīng)按GB/T25745及其他相關(guān)熱處理技術(shù)要求；b)鈦合金熱處理應(yīng)按GB/T37584及其他相關(guān)熱處理技術(shù)要求；c)高溫合金熱處理應(yīng)按GB/T39192及其他相關(guān)熱處理技術(shù)要求；d)不銹鋼熱處理應(yīng)按GB/T39191及其他相關(guān)熱處理技術(shù)要求。5.5.2支撐去除以電切削加工的方式把成形制件從基板切割下來(lái)，通過(guò)機(jī)加或人工的方法去除成形制件的支撐結(jié)構(gòu)。質(zhì)量要求與檢測(cè)方法金屬激光選區(qū)熔化成形制件在成形結(jié)束后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)內(nèi)容主要包括外觀質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、金相、力學(xué)性能、尺寸。檢測(cè)方法宜采用下列方法。外觀質(zhì)量目視檢測(cè)制件表面質(zhì)量，確認(rèn)制件表面無(wú)明顯傳統(tǒng)表面缺陷；依據(jù)檢驗(yàn)方法技術(shù)要求，用標(biāo)塊對(duì)比法或觸針式儀器法按照GB/T6060.2規(guī)定，進(jìn)行表面粗糙度檢驗(yàn)，制件表面粗糙度Ra值應(yīng)滿足檢驗(yàn)方法要求。依據(jù)GB/T18851.1規(guī)定，對(duì)成形制件表面進(jìn)行熒光滲透檢驗(yàn)，并根據(jù)檢驗(yàn)方法技術(shù)文件要求出具表面熒光檢測(cè)合格報(bào)告。內(nèi)部質(zhì)量產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量無(wú)法直接檢查，可通過(guò)射線透射設(shè)備進(jìn)行檢查：a)依據(jù)GB/T3323或GJB1187A射線檢驗(yàn)規(guī)定，對(duì)選區(qū)激光熔化成形制件內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行X射線探傷檢測(cè)，并根據(jù)相應(yīng)檢驗(yàn)方法技術(shù)文件要求出具X射線探傷檢測(cè)合格報(bào)告。b)依據(jù)GB/T29070工業(yè)CT檢驗(yàn)規(guī)定，對(duì)鈦合金選區(qū)激光熔化成形制件內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行工業(yè)CT檢測(cè)，并根據(jù)相應(yīng)檢驗(yàn)方法技術(shù)文件要求出具CT檢測(cè)合格報(bào)告。金相按照GB/T3488、GB/T5168、GB/T6611、GB/T3246.1、GB/T13299、GB/T14999.1、GB/T14999.2進(jìn)行制樣及金相顯微組織觀察，放大倍數(shù)、觀察組織結(jié)構(gòu)等的要求符合相應(yīng)結(jié)構(gòu)制件制