GBT 43411-2023 电子束选区熔化增材制造机床 通用技术条件

电子束选区熔化增材制造机床通用技术条件2023-11-27发布GB/T43411—2023前言 I 2规范性引用文件 13术语和定义 4机床组成与设计要求 5加工和装配要求 6安全防护要求 57几何精度检验 68定位精度检验 9成形精度检验 参考文献 图1机床组成示意图 表1检验板平面度要求 表2Z轴运动与检验板垂直度检验 7表3刮刀运动方向与检验板平行度检验 8表4刮刀刃口与检验板平行度检验 表5Z轴运动的定位精度检验 表6机床成形精度检验 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国特种加工机床标准化技术委员会(SAC/TC161)、全国增材制造标准化技术委员会本文件起草单位：天津清研智束科技有限公司、西安赛隆增材技术股份有限公司、中国航空制造技术研究院、苏州电加工机床研究所有限公司、广东博克斯智能机床科技有限公司、北京清研智束科技有限公司、西安增材制造国家研究院有限公司、清华大学、中机研标准技术研究院(北京)有限公司、深圳协同创新高科技发展有限公司、北京航星机器制造有限公司、北京爱康宜诚医疗器材有限公司、无锡市检验检测认证研究院、常州必邻精密制造有限公司、西安交通大学、浙江工业大学。1电子束选区熔化增材制造机床通用技术条件本文件规定了电子束选区熔化增材制造机床的组成与设计、加工和装配、安全防护、几何精度检验、定位精度检验、成形精度检验以及标志、包装、运输与贮存等通用技术要求。本文件适用于电子束选区熔化增材制造机床的设计与制造。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T191包装储运图示标志GB2894安全标志及其使用导则GB/T3167金属切削机床操作指示图形符号GB/T5226.1机械电气安全机械电气设备第1部分：通用技术条件GB5959.7电热装置的安全第7部分：对具有电子枪的装置的特殊要求GB/T13306标牌GB/T13384机电产品包装通用技术条件GB/T14896.7特种加工机床术语第7部分：增材制造机床GB/T17421.5机床检验通则第5部分：噪声发射的确定GB/T18569.1机械安全减小由机械排放的有害物质对健康的风险第1部分：用于机械制造商的原则和规范GB/T18569.2机械安全减小由机械排放的有害物质对健康的风险第2部分：生成验证流程的方法GB/T25373金属切削机床装配通用技术条件GB26503—2011快速成形机床安全防护技术要求GB/T26805(所有部分)工业控制计算机系统软件GB/T32218真空技术真空系统漏率测试方法GB/T35351增材制造术语GB/T37391可编程序控制器的成套控制设备规范GB/T39329增材制造测试方法标准测试件精度检验HJ979电子加速器辐照装置辐射安全和防护3术语和定义GB/T14896.7和GB/T35351界定的以及下列术语和定义适用于本文件。2增材制造机床additivemanufacturingmachines增材制造系统中用以完成零件或实物生产过程中一个成形周期的必要组成部分，包括硬件、设备控制软件和设置软件。采用电子束选区熔化工艺的增材制造机床。铺粉机构powderspreadmechanism将粉末铺展到成形区域的机构。成形平台buildingplatform成形开始时提供工作面，并在成形过程中起支撑作用的平台。升降机构(Z轴)liftmechanism(Zaxis)使成形室的升降平台上下运动的机构。基板substrate在增材制造过程中承载成形件的平板。供粉机构powdersupplymechanism将供粉缸的粉末供给到成形平台上的机构。刮刀scraper将粉末铺展到成形区域的梳状零件。扫描控制装置scanningcontroldevice控制电子束消像散、聚焦以及偏转的装置。4机床组成与设计要求4.1机床组成电子束选区熔化增材制造机床(以下简称“机床”)应包括电子枪、扫描控制装置、供粉机构、铺粉机3标引序号说明：1——升降机构(Z轴);2——冷却装置；3——成形缸；4——升降平台；5——供粉机构；6——扫描控制装置；7——电子枪；8——真空系统；9——铺粉机构；10——控制系统；11——成形室。图1机床组成示意图4.2.1电子枪枪筒焊缝应连续平滑，不应有气孔、夹渣等缺陷。4.2.2电子枪枪筒的真空系统漏率应低于5×10-°Pa·m³/s,检测按照GB/T32218的规定进行。4.2.3电子枪应配备独立的真空计、分子泵或离子泵。4.3扫描控制装置4.3.1扫描控制装置应配备冷却装置，成形过程中线圈、磁芯等关键部件应不超过80℃。4.3.2扫描控制装置应至少包含消像散线圈、聚焦线圈和偏转线圈。4.3.3扫描控制装置应配备测温装置。4.4供粉机构4.4.1供粉机构应能将符合技术文件要求的金属粉末稳定地供给到成形平台上，并具备调节送粉量的功能。4.4.2供粉机构应采取热防护措施，并能在高温下长时间稳定工作。44.5铺粉机构4.5.1铺粉机构应能将符合技术文件要求的金属粉末铺设到成形区域，并保证粉层厚度均匀，表面平整，无凹陷和条纹。粉层厚度应符合技术文件要求。4.5.2铺粉机构应采取热防护措施，并能在高温下可靠铺粉。4.6成形室4.6.1成形室成形区域应设计保温装置。4.6.2成形室内部焊缝应连续满焊，不应有气孔、夹渣、虚焊等缺陷。4.6.3成形室的真空系统漏率应低于5×10-7Pa·m³/s,检测按照GB/T32218的规定进行。4.6.4成形室观察窗口应采取热防护措施和屏蔽金属蒸气的措施。4.6.5成形室应采取热防护和冷却措施，并能在高温下长时间稳定工作。温度上限应符合技术文件要求。4.7升降机构(Z轴)4.7.1升降机构(Z轴)应采取防尘密封措施。4.7.2升降机构(Z轴)应运动平滑，限位可靠。4.8冷却装置4.8.1冷却装置应能在技术文件规定的时间内将成形平台的温度降低到设定温度。4.8.2冷却装置应保证真空室外壁、电气柜内的温度不超过使用温度上限。4.9真空系统4.9.1成形室、前级管道和枪室应分别配备真空计。4.9.2真空系统应在机床技术文件规定的时间内使成形室内的真空压力达到机床正常工作要求，且应保证成形室极限真空压力小于10-2Pa,电子枪室极限真空压力小于10-3Pa。4.9.3真空系统可通过充入惰性气体来调控成形室的真空压力，真空压力应能控制在0.01Pa～10Pa,成形室真空压力相对于设定真空压力的波动不超过15%。4.10控制系统4.10.1机床的控制系统包括电气控制系统和控制软件。电气控制系统应符合GB/T37391的要求，控制软件应符合GB/T26805(所有部分)的要求。4.10.2机床控制软件宜具备以下功能：a)控制功能，包括铺送粉控制、高压电源控制、真空系统控制等；b)显示功能，包括实时显示成形零件剖面、成形高度、基板温度、真空压力等；c)打印功能，包括一键式自动打印、工艺参数修改、生成打印报告等；d)维护管理功能，包括灯丝寿命管理、机床维护管理、电子束标定等。5加工和装配要求5.1一般要求机床的装配应符合GB/T25373的规定。55.2加工和装配5.2.1机床零部件的加工表面不应有锈蚀、毛刺、5.2.3运动中有可能松脱的零部件应有防松装置。5.2.4机床关键零部件应进行抛光处理，包括但不限于：a)电子枪零部件；b)成形缸；c)铺粉刮刀。5.2.5机床的重要基础结构件应进行消除内应力处理，包括：a)成形室；b)成形缸；c)铺粉轴导轨座。5.3.1机床的滑动及滚动配合面、结合缝隙、链条齿轮啮合部位、滚动轴承、滑动轴承等在装配过程中5.3.2电子枪内部关键部件应清洗干净，表面无污物、油迹等残留。5.3.3电气控制箱、成形室内部的电气接线盒/插头不应有杂物、污物及金属粉尘等。机床应以单独的接地线与接地干线连接，机床的关键部件应接入机床的接地点，包括但不限于：a)高压电源；b)线圈功率放大器；c)成形室；d)工业控制计算机；e)铰链连接的门；f)成形室测温热电偶。6安全防护要求6.1机械安全防护要求6.1.1机床的结构布局应确保在预定工作条件下具备足够的稳定性，使用时不应出现意外倾覆、跌落或移动的危险。6.1.2机床的外露部分不应有可能导致人员伤害的尖棱、尖角、锐边、凸出和开口等。6.1.3机床的往复运动部件应采取可靠的限位措施。各运动轴应设置可靠的电气、机械双重限位装6.1.4机床成形室的门应设置联锁功能。应确保在防护装置关闭前机床不能启动，防护装置的复位不应引起机床的启动。联锁的防护装置打开时，机床应停止工作或不能启动。6.1.5机床成形室应配备安全防护装置，防止造成人员夹伤。6.2电气安全防护要求6.2.1机床的电气箱(柜)的防护等级应符合GB/T5226.1中一般工业用电柜的IP54的规定。66.2.2机床的保护联结电路连续性、绝缘电阻试验、耐压试验应符合GB/T5226.1的规定。6.2.3机床成形室内的电气设备(包括元器件)应符合GB/T5226.1的耐热、防尘要求，电气接口应采取金属粉尘防护措施。6.2.4机床高压电源应设置安全防护装置。当防护装置打开时，高压电源应被切断。6.2.5机床电子枪的安全防护要求应符合GB5959.7的规定。6.3控制系统和装置的安全防护6.3.1机床的控制系统应满足GB26503—2011中5.4的规定。6.3.2在机床加工时，机床的控制系统应具有异常处理功能，包括但不限于：a)当铺粉机构或供粉机构出现故障，机床应发出警报，并停止加工；b)当开启电控柜、成形室门，机床应发出警报，并切断高压电源；c)当电子枪系统出现放电，或栅压、阴极电流、高压、束流等波动范围超过设定阈值，机床应发出警报，并暂停加工或停止加工；d)当真空系统出现故障，机床应发出警报，并停止加工；e)当冷却循环水系统出现故障，机床应发出警报，并停止加工；f)当线圈温度超过设定值时，机床应发出警报，并停止加工。6.4高温安全防护要求6.4.1机床应采用温度控制装置对成形区域的温度进行控制，温度应符合技术文件要求。6.4.2成形室基板温度超过设定温度时机床应报警，并可按工艺要求停止加热或关机。6.4.3成形室的门应与温度控制装置联锁，当基板温度高于用户设定温度时，成形室的门不能打开。设定温度应符合技术文件要求。6.4.4成形室应设置热防护装置。6.5有害物质防护要求6.5.1机床应按照GB/T18569.1规定的原则，对粉尘和油雾的排放加以控制。6.5.2粉尘和油雾的识别、验证的方法应符合GB/T18569.2的规定。6.6辐射安全防护要求6.6.1机床应按照HJ979的要求进行辐射防护设计。6.6.2成形室的视窗应采取辐射防护措施。6.6.3机床运行时，在距机床的任何可达表面0.1m处的辐射剂量应不大于1μSv/h。6.7噪声防护要求6.7.1机床运行时，噪声声压级不应超过75dB(A),且不出现尖叫声和冲击声。6.7.2机床噪声的测量按照GB/T17421.5的规定进行。6.8粉尘防护要求6.8.1应通过优化气路设计确保真空系统工作时机床成形室内不发生扬粉现象。6.8.2机床成形区域应设计粉尘密封结构，成形区域的粉末不应溢出。7几何精度检验7.1机床检验前，应按照机床制造商要求对机床进行水平调整。77.2机床检验前，应在升降平台上放置检验板，用水平仪调整其在任意方向上水平度不大于0.04mm/1000mm。检验板尺寸应与机床的成形尺寸相同，且平面度满足表1的要求。表1检验板平面度要求单位为毫米检验板尺寸公差0.010.027.3本文件给出的几何精度检验并不限定检验的实际次序，检验可按任意次序进行。7.4机床几何精度检验，按表2(G1)～表4(G3)进行，所有未标注单位的线性尺寸、偏差及相应的公差单位均为毫米。表2Z轴运动与检验板垂直度检验项目Z轴运动与检验板的垂直度：a)在XZ平面内；b)在YZ平面内简图公差a)和b)任意200测量长度上为0.05测量仪器角尺、检验板和指示器检验方法(见GB/T17421.1)角尺放置在检验板上，指示器固定在成形室的侧板上。对于a),指示器沿X方向触及角尺，在整个测量长度上移动Z轴并记录指示器读数，读数的最大差值为误差值。对于b),在Y方向上按同样方法重复检查8GB/T43411—2023表3刮刀运动方向与检验板平行度检验项目刮刀运动方向与检验板的平行度简图XX公差任意200测量长度上为0.05测量仪器指示器、检验板，或光学方法检验方法(见GB/T17421.1)指示器固定在刮刀上，触头触及检验板上表面，沿X方向全行程移动刮刀，记录指示器读数的最大差值作为测量值。分别在刮刀中间和两端的位置重复测量，取3次测量值的最大值作为误差值9表4刮刀刃口与检验板平行度检验项目刮刀刃口与检验板的平行度简图塞尺塞尺Y公差任意200测量长度上为0.05测量仪器塞尺、检验板刮刀置于靠近Z轴处，调节检验板高度，使刮刀刃口最低处接触检验板，用塞尺测量刮刀刃口与检验板的最大间隙和最小间隙，取两者差值作为测量值。刮刀运动到中间位置和远离Z轴位置(2个位置),重复上述测量，取3次测量值的最大值作为误差值8定位精度检验机床Z轴运动的定位精度检验按表5(P1)进行，所有未标注单位的线性尺寸、偏差及相应的公差单位均为毫米。表5Z轴运动的定位精度检验项目Z轴运动的定位精度简图XX检验项公差测量长度≤200200<测量长度<500测量长度≥500定位精度重复定位精度测量仪器激光干涉仪或线性标尺线性标尺或激光干涉仪的光束轴线应与被检轴平行。原则上采用快速进给定位方式，但也可由用户和制造商/供应商协商采用适宜的进给速度9成形精度检验9.1成形精度检验应在第7章和第8章检验项目完成后进行。9.2机床制造商/供应商应与用户协商，选择本章所列试件或GB/T39329规定的试件进行成形精度检验。9.3成形精度检验按表6(M1)进行，所有未标注单位的线性尺寸、偏差及相应的公差单位均为毫米。表6机床成形精度检验项目试件尺寸的检查简图X₂4|ZZ多X₈NN益A2l5试件结构尺寸参数项参数值参数项参数值参数项参数值A134X₂Y₂4X₃4Y₃4A₁544Y4A1s4X₅X₆Y₆A1866Z₂4A₂44Z₃A₃A₉64A₁o