《增材制造 镍基高温合金材料激光粉末床熔融工艺规范》

1JB/T14994—XXXX增材制造镍基高温合金材料激光粉末床熔融工艺规范本文件规定了增材制造镍基高温合金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镍基高温合金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/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/T39247—2020增材制造金属制件热处理工艺规范GB/T39251增材制造金属粉末性能表征方法GB/T39252—2020增材制造金属材料粉末床熔融工艺规范GB/T39254—2020增材制造金属制件机械性能评价通则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增材制造金属粉末床激光熔融设备3术语和定义GB/T35351界定的术语和定义适用于本文件。4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，未经培训的人员禁止操作设备。2JB/T14994—XXXX4.2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镍基高温合金粉末4.3.1性能要求粉末的性能应包括但不限于：化学成分、粒度分布、流动性、松装密度、振实密度、外观夹杂及大颗粒、球形率和空心粉率等。粉末的质量应符合相关的标准要求，检验方法应按照GB/T39251的规定执行。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、粉末性能等因素综合考虑。4.3.2.2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，否则不得再重复使用。4.3.2.3应记录重复使用的时间、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，去除粉末吸附的水汽，宜使用静电分离法去除粉末中的非金属夹杂。4.3.3.2应在在干净无潮的环境中进行粉末的烘干、筛分、混合、包装等处理，在处理过程中采取防污染的措施。粉末处理场所的温度宜为20℃~30℃,相对湿度宜小于45%。4.3.3.3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。4.3.3.4筛分之后，必要时，再进行烘干处理，然后把粉末存放在干燥柜中保存。4.3.3.5禁止不同供应商生产粉末混粉。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、批号和化学成分等指标。4.3.4.2粉末应存放在密闭、防潮、抽真空或充惰性气体的容器中密封保存。4.3.4.3粉末贮存场所应采取防潮、防污染、防洒漏、防氧化的措施，环境温度宜为20℃~30℃,相对湿度宜小于45%。4.3.4.4新粉末、重复使用的粉末应分开存放，不同类型的粉末应贴上标签，记录粉末的使用信息。4.4环境4.4.1工作环境环境温度：10℃~30℃。相对湿度：≤45%。3JB/T14994—XXXX4.4.2场地要求安装设备的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在氩气等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。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激光器安全应符合GB/T7247.14的要求。4.5.8除尘系统安全应符合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流程图典型的镍基高温合金材料激光粉末床熔融工艺流程见图1。4JB/T14994—XXXX是是否否图1镍基高温合金材料激光粉末床熔融工艺流程图5.2模型设计5.2.1设计者可以通过三维软件建模或对实体进行扫描等方式获得成形件模型。5.2.2成形件的模型设计应符合GB/T42617的规定。5.2.3对于机加工的装夹或者基准有特殊要求的，应设置装夹接口，与成形件随炉成形。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A。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。5.4工艺参数设定应根据粉末类型和成形件性能设置相应参数，可参考熔融设备厂商提供的工艺参数包。常用的工艺参数包括但不限于以下：5JB/T14994—XXXXa)激光功率；b)扫描速度；c)扫描间距；d)铺粉层厚；e)光斑直径；f)扫描方式；g)成形室氧含量；h)基板温度；i)报警显示；j)循环风速。5.5成形准备5.5.1基板5.5.1.1应选用高温合金基板或不锈钢基板，以保证基板与成形件的良好结合，基板厚度为25mm~30mm。根据成形件尺寸，尺寸越大，基板易变形，选择合适的基板厚度。5.5.1.2基板安装之前，应进行磨光处理，进行喷砂处理，进行清洁处理，之后把基板烘干，烘干之后再安装。5.5.1.3基板与工作缸装配完毕后，调节工作缸与铺粉装置的相对位置，保证基板上表面与铺粉装置下表面之间留有100μm以下的间隙。5.5.2镍基高温合金粉末5.5.2.1按照说明书要求对粉末进行烘粉、筛分。5.5.2.2添加不同牌号或批次的粉末前应将成形室清理干净，避免产生交叉污染，并做好记录。5.5.2.3查看粉末存放时间，必要时应核实粉末的化学成分、粒径分布、流动性、松装密度、振实密度、夹杂率等是否符合要求。5.5.2.4按照说明书要求把粉末添加到供粉仓中并铺平。5.5.3保护气体宜使用氩气或氮气作为保护气体，保护气体纯度不应小于99.95%，成形室保护气体氧含量应符合成形工艺要求。5.5.4设备5.5.4.1应对设备内壁及工作区域，送粉装置，振镜保护镜表面的粉末、杂质、异物等进行清理。振镜保护镜应采用专用镜头纸和异丙醇，由中心向外擦拭。其他部分采用无尘布和酒精或丙酮擦拭清理。5.5.4.2开始加工前，保护气体余量应充足，制造过程应在惰性气体环境中进行。成形室内氧含量在整个制造过程不应超0.05%并实行动态监测。5.5.4.3准备加工前，应开启激光器冷却系统。5.5.4.4检查氧含量及其他报警装置是否正常运行。5.5.4.5检查铺粉装置的磨损情况，金属铺粉辊或刚性刮刀上出现弧坑，应根据实际情况更换或修整。5.5.4.6检查空气滤清循环装置中的滤芯是否符合要求。5.5.4.7检查成形室密封性是否符合成形要求。5.5.4.8检查成形场所的粉尘防爆装置是否符合要求。6JB/T14994—XXXX5.5.4.9关好舱门，检查联锁装置是否锁定。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根据打印需要，基板温度加热至设定的温度，基板温度应符合工艺要求，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0.05%时，开始成形工作。5.6.6成形过程中，定期观察数控系统界面和报警装置，发现异常及时处理。在人机界面显示的报警信息包括但不限于：b）机械故障；e）缺粉状态；f）氧含量异常；g）循环风速异常；h）滤芯状态反馈异常。5.6.7成形过程中如出现中断，应对中断状态进行记录和评估，并根据评估结果进行处置。5.7粉末清理5.7.1成形完成后宜将基板温度冷却至70℃以下，再进行粉末清理和取件。5.7.2清理基板及成形件表面浮粉时，清理角度宜适中，避免扬尘，建议在惰性气体保护下清粉。5.7.3热处理前应清理干净支撑内部和成形件内腔的粉末。5.7.4可采用防静电毛刷、防爆吸尘器、高压气等进行清理，粉末清理过程中不应损坏成形件。5.7.5先用防爆吸尘器清理成形件表面和缝隙孔洞里面的粉末，之后再用气枪吹净缝隙孔洞里面的残留的粉末，确保成形件缝隙孔洞里面粉末清理干净。5.7.6清理粉末操作过程中的安全及人身防护应符合4.5、4.6的要求。5.7.7取件时，宜对角松动锁定螺母，避免因基板较大热应力释放导致平台震动。5.8初步检验5.8.1初步检验包括但不限于外观缺陷、外形尺寸、表面质量等项目。5.8.2查看成形件的表面色泽是否符合要求，查看有翘曲、裂纹孔洞等缺陷是否符合要求，用符合精度要求的尺子测量成形件的加工余量尺寸是否符合要求。5.8.3在不影响客户预期使用要求情况下，可以通过对成形件进行修补、变形校正、机械加工等补救方式来满足要求。5.9后处理5.9.1热处理5.9.1.1应按照GB/T39247的规定进行热处理。7JB/T14994—XXXX5.9.1.2热处理前应把支撑内部粉末、成形件内腔粉末清理干净，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成行件应连同基板一起进行热处理，之后再进行成形件移除。5.9.1.5应在24h之内，进行去应力热处理（如退火）。5.9.1.6GH4169、GH3536和GH3625成形件热处理制度参照附录B进行，其他未列粉末可参照GB/T39192—2020中5.2的规定或按照合同执行。5.9.1.7热处理之后应检验成形件的硬度和力学性能等指标，不符合指标要求的零件应进行热等静压处理。热等静压处理宜在惰性气体、工作压力100MPa以上、温度1120℃~1185℃环境下进行处理；在所选定温度±15℃范围内，保持240min±60min，然后在惰性气体、温度＜425℃环境下冷却。5.9.2成形件移除从基板移除时不应影响成形件的性能，采用电火花线切割工艺完成成形件与基板分离。基板分离之后，应对基板进行磨削处理，以备重复利用。5.9.3去除支撑去支撑时，不应影响成形件的性能，常用机械加工或钳工去除支撑。5.9.4表面处理成形件表面是否需要处理由供需双方协商确定。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/T39254的要求进行高温性能及有关机械性能检验。6.1.3内部结构复杂，要求高的成形件应检测内部质量。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技术资料交付交付的成形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）成形件名称和材料牌号或成分；c）成形件合格证明文件；e）成形件数量；f）生产日期；g）后处理记录；h）产品包装、运输、贮存等要求。8JB/T14994—XXXX（资料性）记录A.1软件信息记录成形过程中所涉及的软件名称、版本等信息，