《增材制造 模具钢材料激光粉末床熔融工艺规范》

1JB/T14993—XXXX增材制造模具钢材料激光粉末床熔融工艺规范本文件规定了增材制造模具钢材料激光粉末床熔融工艺的总体要求，确立了工艺过程，描述了相应的质量检验方法，规定了技术资料交付等要求。本文件适用于增材制造模具钢材料激光粉末床熔融的工艺活动。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/T1031产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值GB/T5226.34机械电气安全机械电气设备第34部分：机床技术条件GB/T6003.1试验筛技术要求和检验第1部分：金属丝编织网试验筛GB/T7247.14激光产品的安全第14部分：用户指南GB/T11651个体防护装备选用规范GB15577粉尘防爆安全规程GB/T15605粉尘爆炸泄压指南GB/T16923钢件的正火与退火GB/T16924钢件的淬火与回火GB25493以激光为加工能量的快速成形机床安全防护技术要求GB/T35351增材制造术语GB∕T38751热处理件硬度检验通则GB/T39247增材制造金属制件热处理工艺规范GB/T39252—2020增材制造金属材料粉末床熔融工艺规范GB/T42617增材制造设计金属材料激光粉末床熔融GB50019工业建筑供暖通风与空气调节设计规范AQ4273粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范JB/T14891增材制造金属材料粉末床激光熔融设备JB/T14893增材制造激光粉末床熔融用模具钢粉末3术语和定义GB/T35351界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1嫁接随形冷却流道graftedconformalwaterway在已加工的基础件上打印的随形冷却流道。2JB/T14993—XXXX4总体要求4.1人员人员培训应符合GB/T39252—2020中4.1的要求，熟悉计量器具的使用。4.2设备4.2.1设备应符合JB/T14891的要求，验收合格后方能使用。4.2.2应配备防爆吸尘器、环境氧含量报警装置、粉末筛分设备、热处理设备、打磨设备等。4.2.3维护保养应符合GB/T39252—2020中4.2.3的要求。4.2.4保养校准周期宜为6至12个月，不同的设备厂家保养周期会有差异。4.2.5维护保养结果应记录，并至少保存12个月。4.3模具钢粉末4.3.1性能要求应符合JB/T14893—2024中第4章的要求，其他特殊要求供需双方协商确定。4.3.2重复使用4.3.2.1使用过的粉末，应按一定比例混入新粉末之后，再重复使用。混入新粉末的比例和重复使用的次数应依据成形件和粉末性能等因素综合考虑。4.3.2.2粉末重复使用到达预定的次数之时，应进行检测，符合4.3.1的要求时，继续使用；不符合要求时，应分析原因，并进行处理，检测合格之后，再继续使用，否则不应再重复使用。4.3.2.3应记录粉末重复使用的时间、重复使用的次数、新旧粉末混合的比例等信息。4.3.3粉末处理4.3.3.1应在干净无潮的环境中进行粉末的筛分、混合、包装等处理，处理场所的相对湿度宜小于50%，在处理过程中采取防污染的措施。4.3.3.2每次成形结束之后，剩余粉末均应进行筛分处理，使用的筛网应符合GB/T6003.1的要求。4.3.3.3粉末使用之前（包括第一次使用的粉末和重复使用的粉末），应进行烘干处理。4.3.4交付及贮存4.3.4.1粉末供应商应提供粉末的安全技术说明书和质量证明书，质量证明书应包括但不限于粉末牌号、批号以及JB/T14893—2024中7.5的要求。4.3.4.2粉末应贮存在干燥、阴凉、无腐蚀的环境下，相对湿度宜控制在50%以下。4.3.4.3应设置固定的粉末存放区域，并对存放区域进行编号，新、旧粉末应存放在不同的区域。4.3.4.4剩余粉末处理之后，宜存放在原容器内，或洁净的防静电、阻燃的容器内，包装容器内应放置干燥剂、且使用密封圈密封。4.4环境4.4.1工作环境环境温度：5℃~35℃;不能低于露点温度，较适宜的环境温度为22℃~28℃。相对湿度：≤50%。3JB/T14993—XXXX4.4.2场地场地应具备良好的通风和照明条件，应符合GB50019的规定；地面承载力应符合设备厂商的要求。4.5安全4.5.1熔融设备安全防护应符合GB25493的规定。4.5.2在惰性气体易泄露的部位应安装氧气含量报警装置，当氧气含量低于19%时应报警。仪器应定期进行计量检定、校准或替换，并有校准或替换记录。4.5.3熔融设备成形室的防爆泄压装置应符合GB/T15605的规定。4.5.4熔融设备应保持良好接地。4.5.5粉末在使用、贮存、清理、筛分等过程中的操作及相关设备防爆安全应符合GB15577的规定。4.5.6电气系统安全应符合GB/T5226.34的要求。4.5.7激光产品安全应符合GB/T7247.14的要求。4.5.8粉末除尘系统的安全应符合AQ4273的要求。4.6人员防护4.6.1操作人员应按照GB/T11651的规定使用劳动保护用品。4.6.2必要时，建议在使用保护气体的操作场所为操作人员配备呼吸保护装置。5工艺过程5.1流程图典型的模具钢材料激光粉末床熔融工艺流程见图1。是是否否图1模具钢材料激光粉末床熔融工艺流程图4JB/T14993—XXXX5.2模型设计应按照GB/T42617的要求进行模型设计。设计完成后进行检查，并对有缺陷的模型进行修复。典型结构随行冷却流道的模型设计见附录A.1。5.3数据处理5.3.1在数据处理过程中应完整记录相关信息。5.3.2应根据成形件的使用特性和后处理工序预留适当的加工余量。5.3.3数据处理应包括但不限于文件编辑、格式转换、支撑设计、切片、扫描路径规划等。5.3.4数据文件的格式应符合设备要求，模型文件应为粉末床熔融设备软件能识别的格式，如STL、AMF、3MF、OBJ等。操作者在执行数据处理(如格式转换、切片等)过程中应保证数据不丢失、可追溯，并完整记录相关内容，记录的内容见附录B。5.3.5应根据成形件的结构、性能要求、成形时间、支撑去除、粉末清理难易程度等因素确定其成形方向和摆放位置。同时，应检查各成形件之间的间隙，保证各成形件之间不发生相互干涉。5.3.6添加支撑时，应考虑支撑的类型、数量以及支撑的去除等因素。5.3.7试样可在成形件上直接取样，也可单独成形随炉样品。5.3.8典型结构随行冷却流道的数据处理见附录A.2。5.4工艺参数设置5.4.1应根据模具钢粉末和模具成形件的结构性能要求设置工艺参数，可参考设备制造商提供的工艺参数包。常用的工艺参数包括但不限于以下：a)激光功率；b)扫描速度；c)铺粉速率；d)光斑直径；e)成形层厚；f)扫描方式；g)成形室氧含量；h)基板温度；i)循环风速。5.4.2应依据随形冷却流道的悬垂结构合理设置搭接量以及工艺参数。5.5成形准备5.5.1模具钢粉末5.5.1.1用于成形制造的模具钢粉末应符合4.4的要求，依据成形件的性能选择合适的粉末牌号，并做好标记。5.5.1.2查看粉末存放时间，必要时宜核实粉末的化学成分、松装密度、粒度、粒径分布，空心粉率、夹杂率，含氧量和含碳量等。5.5.1.3按照说明书要求把粉末添加到供粉仓中并铺平。5.5.2保护气体应使用氮气或氩气作为保护气体，保护气体的纯度不应小于99.9%。5JB/T14993—XXXX5.5.3设备5.5.3.1设备的准备应符合GB/T39252—2020中5.4.3的要求。5.5.3.2检测单元、通风循环系统、舱室密封系统及其他报警装置，应正常运行。5.5.3.3嫁接件成形时，应保证嫁接基座流道口完全对准，在嫁接基座上直接成形，非嫁接件直接在基板上成形。5.5.3.4关好舱门，保证联锁装置锁定。5.6成形过程5.6.1成形过程应符合GB/T39252—2020中5.5的要求。5.6.2开启设备，完成自检。5.6.3打开激光器冷却装置、保护气体输送装置。5.6.4基板温度应根据成形件要求，加热至设定的温度，基板温度宜在80℃以下，避免成形件产生翘曲变形。5.6.5当成形室的含氧量降低至0.1%以下时，开始成形工作。5.6.6成形过程中，在人机界面应显示的报警信息包括但不限于：——激光器故障；——机械故障；——基板温度超界；——门锁异常打开；——缺粉状态；——氧含量异常；——循环风速异常；——滤芯状态反馈异常。5.6.7断电后经判定正常可以续打。5.6.8打印完成后依据成形件特征适当冷却一段时间，建议10min～20min。5.7粉末清理5.7.1应按照GB/T39252—2020中5.6的要求清理。5.7.2应保证支撑内部粉末、成形件内腔粉末和随形冷却流道中的粉末清理干净。5.8初步检验5.8.1初步检验项目，包括但不限于外观缺陷、表面质量等，初检不合格的成形件应按供需双方的约定协商处理。5.8.2应检查随形冷却流道是否畅通，若不畅通则应按供需双方的约定协商处理。5.8.3应检查随形冷却流道底座与成形件的连接处是否有缺陷、渗水，若有缺陷、渗水则按供需双方的约定协商处理。5.9后处理5.9.1热处理5.9.1.1应按照GB/T39247的要求进行热处理。6JB/T14993—XXXX5.9.1.2热处理前应把支撑内部粉末、成形件内腔粉末例如随形冷却流道中的粉末清理干净，防止热处理结束后残余粉末烧结，增加清理难度。5.9.1.3热处理前应把成形件表面例如随形冷却流道表面附着的未熔化颗粒、半熔化颗粒、氧化皮、污染物清理干净。5.9.1.4对残余应力较大的成形件，应连同基板一起热处理之后，再进行成形件移除。5.9.1.5应按照GB/T16923的规定进行正火与退火处理。5.9.1.6应按照GB/T16924的规定进行淬火与回或处理。5.9.1.7应在24h之内，进行去应力热处理（例如退火）。5.9.1.8H13和18Ni300成形件热处理工艺宜参照表1进行，其他未列粉末可参照GB/T16923和GB/T16924的有关规定或按照合同执行。表1H13和18Ni300成形件推荐热处理工艺530℃~580℃580℃~640℃830℃~880℃无460℃~520℃无5.9.2零件移除移除零件时不应破坏零件和影响零件性能。常用的零件移除方法有机械加工、手工去除等。5.9.3去支撑去除支撑时不应破坏零件和影响零件性能。常用的去支撑的方法有机械加工、手工去除等。5.9.4表面处理5.9.4.1供需双方协商，是否处理。5.9.4.2常见的表面处理方法有喷砂、打磨、抛光等。6质量检验6.1要求6.1.1成形件在交付前应按照要求进行质量检验。6.1.2应按照GB/T1031的要求检测随行冷却流道成形件的表面粗糙度。6.1.3应按照GB/T38751的要求进行硬度检验。6.1.4应按照要求进行机械性能的检验,检验指标由供需双方协商确定。6.1.5应对随形冷却流道进行内流道进出水检验。6.1.6应对随形冷却流道与底座连接处进行裂缝和渗水检验。6.2复检需方可根据双方协定按6.1的要求进行复检，复检结果不合格时，由供需双方协商解决。7技术资料交付7JB/T14993—XXXX交付的零件应包含但不限于以下信息：a)供应商信息（名称、地址和联系方式）；b)零件名称和材料牌号或成分；c)零件合格证明文件（尺寸、硬度、机械性能等）；d)执行标准编号；e)零件数量；f)生产日期；g)后处理记录；h)产品包装、运输、贮存等要求。8JB/T14993—XXXX随形冷却流道设计A.1模型设计随形冷却流道的模型设计使用专业的软件进行模流分析验证，保证流场均匀。模型设计时需预留加工余量，规避悬臂、横梁结构，建议用斜角代替，重要的斜向增长面与基板夹角大于40°,其余斜向增长面大于35°;模型与基板接触面需要预留线切割余量，建议不小于0.1mm。在设计随形冷却流道与模具表面的距离时，随形冷却流道与模具表面始终保持相同的