金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范 编制说明

1《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》编制说明（征求意见稿）2一、工作简况本项目根据《国家标准化管理委员会关于下达2023年第三批推荐性国家标准计划及相关标准《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》；主要起草单位：中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司、广东汉邦激光科技有限公司、西安铂力特增材技术股份有限公司、北京易加三维科技有限公司、苏州电加工机床研究所有限公司、中国航空综合技术研究所、国营芜湖机械厂、上海材料研究所、华质卓越生产力促进（北京）有限公司、无锡市检验检测认证研究院。计划18个月。2主要工作过程本项目立项后，考虑到相关技术领域所涉及的标委会及业务范围，力求标准项目广泛覆盖产业链上下游单位，因此根据以往的标准研制工作经验，由全国特种加工机床标准化技术委员会（SAC/TC161）与全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562）共同归口、联合开展标准起草工作。标准研制过程主要分为以下几个阶段：（1）起草阶段《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》制定项目计划于2023年12月正式下达，TC161在面向特种加工机床领域的设备制造商、科研院所、高等院校、用户及检验检测机构公开征集标准项目参与单位后，于2024年3月组建了约30家企事业单位的标准起草工作组。2024年4月16-17日，在上海浦东新区的中国航发商发临港基地举行了《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》国家标准项目启动会暨首次研讨会，标委会主任委员吴强、副主任委员林峰及标准起草工作组成员单位专家代表积极参会，会上针对标准申报草案的结构框架及总体技术内容进行了讨论。6月18-19日，在广东省中山市汉邦激光公司举行了第二次项目研讨会，标委会副主任委员姚建华、标准起草单位代表及业内专家共同就首次会议后的标准修改稿进行了讨论，形成了标准讨论稿，明确了有关技术内容的试验要求和方法。2024年9月11-12日，在西安举行了《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》国家标准第三次研讨会，标委会副主任委员冯建国及标准起草工作组成员单位代表参加了会议。与会代表对前期修改的术语和定义、概述、鉴定阶段及流程、鉴定要求及方法等技术内容进行了系统梳理，并建议在设备重点应用领域全面开展试验验证工作，确保标准所提的技术要求先进合理，检测方法科学有效，同时为标准征求意见工作奠定基础。此后，标准起草工作组多次利用线上通讯、网络会议等手段进行讨论，有关单位对标准技术内容进行了试验，标准草案几易其稿，并于2024年10月底形成了《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》征求意见稿及编制说明。TC161秘书处在审核相关文件材料后，于2024年11月4日上传国家标准制修订管理系统并发起标准征求意见。（2）征求意见阶段2024年11月4日—2025年1月4日，SAC/TC161和SAC/TC562分别就《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》征求意见稿及编制说明向全体委员及行业专家广泛征求意见。……3主要参加单位、工作组成员及其所做工作本标准由中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司、广东汉邦激光科技有限公司、西安3铂力特增材技术股份有限公司、北京易加三维科技有限公司、苏州电加工机床研究所有限公司、……等单位共同起草。二、标准编制原则及主要内容1标准编制原则本文件按照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。在编写标准时，遵循自主研制、立足国内、面向市场、服务产业的原则，力求与产品研发、工艺试验、技术进步、产业发展、应用推广相结合，统筹推进。同时，努力使标准技术内容更加科学实用，文字表述更加简洁清楚，以求充分体现标准的经济合理性和市场适应性，便于生产企业和用户使用。2标准主要内容2.1关于文件名称“金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范”本文件名称是“鉴定技术规范”，关于鉴定容易出现误解，准确理解“鉴定”的含义对本文件至关重要，关于鉴定提出来源，主要包括如下内容。“鉴定”在现代汉语词典中，释义为:辨别并确定事物的真伪、优劣等，如鉴定文物。以“鉴定”为关键词，检索我国现行国家标准，共检索到结果366项。其中绝大多数为动植物品种鉴定，也有部分自然灾害、生态环境、人员资格鉴定。以“机床鉴定”为关键词检索，结果总计7项，分别为:GB/T26261-2010旧通信机床鉴定通用技术要求GB/T12727-2017核电厂安全级电气机床鉴定GB/T13625-2018核电厂安全级电气设备抗震鉴定GB/T36044-2018核电厂安全重要电气机床鉴定规程GB/T28266-2012承压设备无损检测射线胶片数字化系统的鉴定方法GB/T12864-1997电子设备用压电陶瓷滤波器电子元器件质量评定体系规范第2部分：分规范鉴定批准GB/T17190-1997电子设备用压电陶瓷滤波器电子元器件质量评定体系规范第1部分：总规范鉴定批准其中，以核电领域为主的机床鉴定标准已经有20余年历史，并2017《核电厂安全级电气机床鉴定》有一定参考意义，术语定义3.8给出了机床鉴定(equipmentqualifcation)的定义：通过试验、分析或运行经验获得的证据，证明在规定的运行条件的环境条件下的设备能按规定的准确度和性能要求起作用。不同的是，该标准并不属于制造工艺，没有按照安装、运行分阶段开展。粉末床熔融成形技术以数字模型为基础，通常以粉末为原材料，在惰性气体的保护下通过层层堆积逐步得到实体零件，具有成形精度高、表面质量好、可加工形状结构复杂零部件等优点,特别适用于航空发动机燃烧室用复杂结构零部件加工。粉末床熔融成形的典型特点包括:——工艺参数多、质量影响因素复杂；——工艺过程高度自动化程度；4——设备结构复杂、发展迅速。机床直接决定了最终成形质量，机床鉴定既是过程控制的基础，也是产品合格认证的必备工作项目之一。粉末床熔融增材制造设备主要组成部分：——能量源(激光、电子束等)：决定能量输入质量，包括能量大小、束斑质量，直接影响冶金——聚焦系统(振镜、磁场等)：决定焦点位置准确性(包括水平方向和竖直方向)，焦点大小，影响冶金质量和成形精度；——气氛保护)：气氛；——循环过滤)：气氛；——材料送进(铺粉、送粉、送丝等)：影响原材料送达质量，如是否出现了供粉不足粉末堆积本文件所规定的“鉴定”内容，是目的是为了对机床性能及其匹配的工艺过程具备能够稳定生产合格材料的能力进行确认，将在后文中进行详细规定。在此，需进一步解释以下两项问题，以准确理解“鉴定”的含义：1、关于“鉴定”与“验收”的概念区别。“鉴定”（Qualification）的目的是通过建立客观证据证明机床能够且持续能够按照预期状态运行，以确保机床及相关产品的各项性能指标满足要求，主要由机床使用方考察机床各项性能指标后完成，侧重于用户使用环节以获得合格产品。而“验收”（AcceptanceTest）通常仅指设备在供需双方完成采购技术协议后，经各项检测证明设备满足技术协议的过程，一般不涉及后续性能指标能否满足需求，侧重于设备特定技术指标的检测。2、本文件与《增材制造系统性能和可性航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验》鉴定和验收试验标准的目的不同，解决的问题也不同。鉴定的目的在于提升机床产品质量一致性，进一步控制成形质量波动，同时可以科学全面地评估国内外不同机床装备的差异，从而推动机床改进及优化。重点解决设备状态、工艺过程控制及其匹配性等因素导致的性能波动等问题。而验收的目的在于控制设备参数的波动，解决设备参数及其检测项目、方法不统一的问题。从标准内容分析，验收属于鉴定的步骤之一。验收标准内容规定了设备工作的主要系统的检测方法和要求，侧重于设备本身特性，仅适用于设备交付、定期复检或保养、维修后的系统性能和可靠性检验，以设备指标作为判定依据。本文件是鉴定标准，主要考虑机床运行过程中的控制措施、工艺匹配性等因素，并在机床工作一段时期后、以制件力学性能作为判定指标进而考查机床运行状态，保障用户在机床使用过程中的产品质量满足预期。2.2关于“引言”金属粉末床熔融成形机床鉴定是在特种加工领域的全新概念，引言部分概述了本文件的编制背景，解释了金属粉末床熔融机床鉴定的基本概念以及开展鉴定活动的必要性，明确适应场景。金属粉末床熔融是通过热能选择性地融化金属粉末床区域的增材制造工艺，典型的金属粉末床熔融工艺包括激光选区熔化、激光选区烧结和电子束熔化。金属粉末床熔融技术的工艺过程高度自5动化，工艺参数复杂，影响产品质量的因素众多，其中机床对最终成形质量具有关键影响，产品质量对机床具有强依赖性。本文件规定了与金属粉末床熔融成形机床鉴定相关的一系列活动，目的是为了对机床性能及其匹配的工艺过程具备能够稳定生产合格材料的能力进行确认，按照鉴定环节分为安装鉴定、运行鉴定，可用于航空、航天、医疗等领域，以保障金属粉末床熔融产品质量的一致性和稳定性。2.3关于第1章“范围”概括了标准的技术内容，规定了标准的适用范围。具体如下：——规定了金属粉末床熔融成形机床（以下简称“机床”）的鉴定原则以及安装、运行鉴定的要求，描述了上述鉴定过程的验证方法。——本文件适用于激光选区熔化成形机床、电子束选区熔化成形机床的鉴定活动。2.4关于第2章“规范性引用文件”第二章列出了所涉及的规范性引用文件共9项，其中包括国家标准8项，行业标准1项。2.5关于第3章“术语和定义”为了更好地理解标准中出现的术语，标准界定了6项术语及其定义（包括4项二级术语涉及安装鉴定、运行鉴定、持续鉴定、鉴定合格空间等。其中，安装鉴定、运行鉴定来源于相关专业领域的标准，并对其定义进行了直接或修改采用，其他术语均为自行定义。文中所使用原材料规范特指金属粉末原材料、材料标准指金属粉末床熔融成形获得的金属材料规范，为了防止误解，进行了具体解释。2.6关于第4章“通则”首先本章规定了鉴定原则应当具备规范性、科学性和广泛性，以形成可观证据支撑确认机床能够稳定生产合格产品的能力。其次，采用流程图形式概述了鉴定过程的实施步骤和顺序，其中包括了安装鉴定和运行鉴定两个阶段，以及在持续鉴定过程中根据触发事件的不同，持续性开展活动以保证鉴定状态有效的一系列活动。流程图是本文件的纲领性文件，本文件的主要实施内容均与流程图步骤一一对应，以便于标准实施贯彻。2.7关于第5章“鉴定要求及方法”第5章是本文件的核心内容，规定的鉴定准备活动以及安装鉴定、运行鉴定的两大实施环节。具体包括：2.7.1关于5.1节“鉴定准备”本文件规定了开展鉴定准备应当包括的具体内容，其中包括硬件状态的确认、控制文件建立以及相应原材料和材料规范的建立，其中特别值得一提的是，确定鉴定空间。本文件术语中，给出了鉴定合格空间——机床成形室内经过鉴定（3.1）的空间区域，在鉴定准备过程中，确定鉴定空间是未经过鉴定活动证明的机床成形空间体积，该空间的选择对鉴定活动有着重要影响，直接决定了鉴定活动的成本、周期。2.7.2关于5.2节“安装鉴定”安装鉴定是建立客观证据以证明机床安装完成后各个系统及附属系统满足机床技术规范，其主要动作是对一系列客观证据的确认。实施安装鉴定包括了一般要求、机床配置确认、安装鉴定条件确认、仪器/仪表校准确认、机床校准及结果判定环节。6本节中，对于机床配置，除机床序列号、机床型号、出厂日期、出厂合格证等信息外，进一步明确规定了应当对核心硬件匹配的生产厂家、型号和序列号，核心硬件包括但不限于能量源（如激光器、电子枪）、束斑控制装置（如振镜）等；机床附件，如过滤系统等；配套软件名称和版本进行确认。同时，针对机床仪表校准是目前金属粉末床熔融机床行业存在的尚未形成统一要求的不足，本文件对于机床所涉及仪器仪表进行了明确规定，提出了仪表校准要求。至少应包括氧含量传感器（如有）、温度传感器（如有）、气体流量计（如有）、压力表（如有）等，核对检查仪表校准，应满足以下要求：形成仪器仪表清单；所有仪器仪表具有唯一编号；逐一说明仪器仪表安装位置及功能；给出仪器仪表的参考检定周期及精度范围；由具有资质的单位和机构出具校准报告。此外，关于机床校准，规定了安装完成后进行首次校准的要求，包括但不限于缸体升降精度、能量源系统等，按照GB/T43233、JB/T14664进行或至少满足以下要求：机床用户识别的关键工艺变量有关的校准，宜包括能量源功率、束斑扫描速度、能量源定位精度、机械系统定位精度；机床所有校准项目应给定许可校准公差。机床校准所使用的仪器/设备应形成清单并经过校准。鉴于当前行业内对机床校准项目、校准方法尚存在不一致，本文件未强制规定相关信息，仅给定了基本原则及推荐的相关校准项目。2.7.3关于5.3节“运行鉴定”本节是本文件的核心主题内容，运行鉴定是通过对完成安装鉴定的机床所成形的试样进行测试分析证明成形过程可控，满足预定的材料规范，运行鉴定主要由机床用户进行。运行鉴定的主要内容包括了一般要求、建立控制文件、形成鉴定大纲、成形试样及检测以及结果判定环节。首先，规定的运行鉴定的一般要求。运行鉴定在安装鉴定合格之后进行，运行鉴定应包括关键工艺参数及合格成形体积的极限位置，运行鉴定针对鉴定空间进行，应至少覆盖产品尺寸，在多能量源情况下，针对能量源重叠区域所包含的关键工艺变量，鉴定后应进行控制。其次，针对运行鉴定所需的控制文件进行了规定，包括机床校准计划、维护保养计划、人员培训及考核以及设备操作方法。再次，文件规定了运行鉴定大纲的编制要求，其中核心内容包括鉴定空间选取以及相应的材料规范等文件，鉴定大纲是鉴定实施的指导性文件。运行鉴定的核心内容是成形试样以及结果判定，本文件给定了根据鉴定空间的试样排布的原则以及成形要求。2.8关于第6章“鉴定有效性”鉴定有效性包括首次鉴定有效性以及持续鉴定有效性，其中持续鉴定根据触发事件的不同分为周期性持续鉴定和事件驱动持续鉴定，其中时间驱动的持续鉴定根据不同种类事件情况有着不同要求，根据事件类型分为了机床、设施、成形、原材料4个大类，4类事件中根据不同事件内容，对应了进行安装和运行鉴定的不同要求。2.9关于第7章“鉴定报告”鉴定报告在初始鉴定后形成，应根据重复性鉴定过程进行补充或更新。鉴定报告用于证明机床在鉴定有效期内能够持续生产合格产品。鉴定文档应由具备鉴定能力且未参与鉴定人员进行确认。72.10关于附录A“金属粉末床熔融成形机床试样排布示例”附录A是资料性附录，列出了某机床运行鉴定试样的排布示例，合格鉴定体积为250mm×250mm×100mm的式样排布示例。本排布示例仅作为一种认可的排布方案，该方案排布原则满足：a)化学成分试样按照鉴定空间体对角线排布；b)力学性能试样成形方向至少包括横向、纵向；c)力学性能试样排布能够代表全部鉴定空间，覆盖鉴定空间的极限位置和中心位置，包括水平方向极限位置、垂直极限位置。除本方案外，其他满足排布原则的方案均可接受。2.10关于附录B“金属粉末床熔融成形机床鉴定类别及要求”附录B是规范性附录，列出了金属粉末床熔融成形机床鉴定类别及坚定要求，包括初始鉴定（即首次鉴定）、周期鉴定和事件驱动鉴定，其中事件驱动鉴定根据事件类型分为了机床事件、设施事件、成形事件、原材料事件，且根据具体事件内容不同，分情况是否开展安装鉴定，并选择运行鉴定成形板次，且根据鉴定类型确定了应执行、可选执行及无需执行项目。附录B与第4章鉴定流程密切相关，是本文件的核心内容之一。2.11关于附录C“金属粉末床熔融成形机床鉴定报告示例”附录C是资料性附录，提供了示例性的金属粉末床熔融成形机床鉴定报告主要内容。鉴定报告中主要内容模块与本文件对应，该报告仅作为参考示例，满足本文件内容的鉴定报告均为有效文3解决主要问题目前，我国金属粉末床熔融成形技术在传感器、热交换器和推理室部件等航空航天零部件制造领域和金属牙冠、膝关节等医疗假体制造领域以及模具制造等领域具有广阔应用前景。然而，在金属粉末床熔融成形机床鉴定方面，我国暂无相关现行标准，缺少统一原则，建立机床鉴定规范是亟待解决的重要问题。《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》是目前专门针对金属粉末床熔融成形机床的一项规范标准，较为全面地提出了金属粉末床熔融成形机床的鉴定要求和方法，填补标准空白，为装备发展和技术应用提供标准支撑。此外，本文件可实通过设备鉴定控制成形质量波动，提升产品质量一致性金属粉末床熔融成形技术在毛坯成形过程中，机床的各系统对产品质量有着决定性影响，如光学系统决定能量输入，机械系统、振镜决定产品几何精度，气氛保护系统决定产品冶金质量。各系统之间的差异可能造成不同机床的成形质量差异，且伴随老化、维护和维修，同一台机床的成形能力也可能发生变化。通过开展机床鉴定活动，形成客观证据证明机床的成形能力，控制机床差异造成的产品质量变异，可以提升产品一致性及工程化应用程度。新的规范标准亟需在国内推广实施，不仅有利于确保机床在安装及长期使用期间能够持续满足市场需求，提高产品质量一致性及生产效益，而且能用于国内外不同品牌、不同型号、不同台份设备之间的综合比较，满足金属粉末床熔融设备厂商需求，同时为高校与科研院所深入研究、检验检测机构和检测校准实验室等评价鉴定提供保障。三、试验验证情况在编写本标准时，起草工作组的部分单位在自主研制的金属粉末床熔融成形机床上开展了试验8验证工作，重点围绕代表性型号设备的安装鉴定及运行鉴定进行了试验，验证厂家包括了起草工作组中代表性设备型号，分别验证了本标准的技术要求先进、检测方法科学。以下内容为某型号设备详细验证情况。9101112131415161718192122232527303132333435363738394143444551525355576171727375778191检测报告检测报告检测报告检测报告检测报告检测报告检测报告检测报告检测报告101检测报告110111112113114115116117118119120121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159161四、涉及专利问题的说明本标准不涉及有关专利等知识产权问题。本标准的发布机构不承担识别专利的责任。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用情况随着现代工业的迅速发展，众多领域及产品向高、精、尖方向发展，一些高强度、高硬度、高脆性的难加工材料应用越来越广泛。金属粉末床熔融成形技术是一种极具专业性的特种加工技术，以金属粉末为基础原材料，高能束为关键能量源，在实际生产制造过程中呈现出众多显著特性：成形精度极高，精准地塑造出各类复杂形状；加工产品质量优，具备卓越的品质与性能；实际该技术成功实现了控形控性一体化。该技术在航空航天、医疗等高精尖行业领域拥有极为广阔的应用前景，用于制造高精密的零部件、定制个性化的医疗器械及植入物等。然而，金属粉末床熔融成形机床的使用过程高度自动化，主要依靠计算机控制，机床的性能直接决定成形产品的安全性和可靠性，机床装备及软硬件系统是保障产品质量的关键所在。起草制定《金属粉末床熔融成形机床鉴定技术规范》，能规范机床的鉴定原则和安装、运行鉴定的要求，并给出明确鉴定方法，实现对产品质量风险的有效控制。2020年，国标委在《增材制造标准领航行动计划》中提出，与当前全球科技创新和产业发展的迅猛态势相比，我国増材制造新工艺和