《增材制造 测试件 增材制造系统几何性能评估》编制说明

-《增材制造测试件增材制造系统几何性能评估估》编制说明团体标准编制说明（征求意见稿）一、工作简况1.任务来源《增材制造测试件增材制造系统几何性能评估》是2022年第五批中国机械制造工艺协会团体标准制定计划项目（中国工艺协会〔2022〕第24号），项目编号为CAMMT2022-13。由中国机械制造工艺协会提出，由中国机械制造工艺协会标准化工作委员会归口，由全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562）牵头组织制定，负责起草单位：中机生产力促进中心有限公司，计划应完成时间2023年。2.主要工作过程预研阶段：全国增材制造标准化技术委员会（以下简称标委会）在全国范围内征集标准起草工作组成员，成立起草工作组，确定工作方案，提出进度安排。经过起草工作组广泛收集资料，对标国际、专家翻译，完成草稿的编制。2022年6月7日，标委会组织召开了《增材制造测试件增材制造系统几何性能评估》标准讨论会，来自中机生产力促进中心、山东创瑞激光科技有限公司、无锡市检验检测认证研究院等11家单位的13名专家和代表参加了会议。会议围绕标准草案进行了深入讨论，与会专家提出了一系列意见与建议。起草（草案、调研）阶段：计划下达后，工作组在相关企事业单位进行充分调研，对标准内容进行修改并完善。2022年9月23日，标委会在烟台组织召开了标准第二次讨论会，参加会议的有来自中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司、无锡市检验检测认证研究院、西安增材制造国家研究院有限公司等16家单位的24名专家。与会代表对本标准征求意见稿进行了认真、细致的讨论，提出了修改意见及建议。会后，工作组人员根据修改意见进行了修改，于2022年12月6日形成征求意见稿。征求意见阶段：2022年XX月XX日通过电子邮件、网站宣传等方式公开征求意见。截止2022年XX月XX日，收到XX家单位的回函，其中XX家单位提出了XX条意见和建议。工作组针对这些反馈意见进行整理和分析，并与专家沟通，最终全部采纳了XX条、部分采纳XX条、不采纳XX条意见和建议（意见处理详见《团体标准征求意见汇总处理表》）。工作组根据处理意见对标准征求意见稿进行了补充、修改，于2022年XX月XX日形成标准送审稿。审查阶段：XX年XX月XX日，中国机械制造工艺协会标准化工作委员会在全体委员内对标准的制定工作程序和主要技术内容进行了函审（中国工艺协会[2022]第XX号）。截止到XX年XX月XX日，收到回函XX份，提出了XX条意见和建议。工作组针对这些反馈意见进行整理和分析，并与专家沟通，最终全部采纳了XX条、部分采纳XX条、不采纳XX条意见和建议。总体情况：回函数占全体委员的XX%，超过委员总数的3/4；函审意见无重大分歧，采纳意见并经修改后，赞成数占回函数的98%（意见和建议见《团体标准审查意见汇总处理表》），超过回函数的2/3；不赞成数占XX%，低于回函数的1/4；以上符合中国机械制造工艺协会团体标准管理要求，本标准通过审查。报批阶段：工作组按照函审意见对标准送审稿做了进一步的修改、整理和完善，形成了标准报批稿、编制说明及其他相关文件，于2022年XX月XX日报至中国机械制造工艺协会标准化工作委员会。3.主要参加单位和工作组成员及其所作的工作等本标准由中机生产力促进中心有限公司、山东创瑞激光科技有限公司、西安增材制造国家研究院有限公司、西北工业大学、无锡市检验检测认证研究院、中国航发上海商用发动机制造有限责任公司、国营芜湖机械厂、湖南华曙高科技股份有限公司、西安塞隆增材制造技术股份有限公司、广东汉邦激光科技有限公司、中航迈特粉冶科技（北京）有限公司、哈尔滨工程大学烟台研究生院、华南理工大学、上海材料研究所、安徽拓宝增材制造科技有限公司、华质卓越生产力促进（北京）有限公司、安徽春谷3D打印智能装备产业技术研究院共同起草。主要成员：薛莲、杨守峰、侯颖、于君、冒浴沂、侯慧鹏、李雅莉、慈世伟、蔡小叶、胡家齐、杨文、李鱼、汪顺、李波、董涛、王迪、杨启云、张成林、栗晓飞、梁海弋、张军。所作的工作：薛莲任起草工作组组长，全面协调标准起草工作。张军负责标准资料的收集和标准草案书写工作，杨守峰负责标准的总体校核和指导编写工作，侯颖、于君、冒浴沂、侯慧鹏、李雅莉、慈世伟、蔡小叶、胡家齐、杨文、李鱼、汪顺、李波、董涛、王迪、杨启云、张成林、栗晓飞、梁海弋、张军负责收集、分析国内外相关技术文献和资料，结合实际应用经验，对增材制造标准测试件-增材制造系统几何性能评估内容进行归纳和总结。4.负责起草单位介绍本标准牵头单位中机生产力促进中心有限公司,隶属于国务院国资委直接监管的中央大型科技企业集团——机械科学研究总院集团有限公司，是国内最早从事标准化工作的专业科研机构之一，同时是北京市中关村科技园区的高新技术企业、国家重点支持的示范生产力促进中心。承担了SAC/TC562全国增材制造标准化技术委员会等20个全国标准化技术委员会（包括4个分委会）秘书处以及机械工业工艺工装标准化技术委员会等7个行业标准化技术委员会（包括4个分委会）秘书处，业务范围涉及增材制造、机械制图、几何公差、数字化设计及仿真、基础零部件等多个装备制造业基础共性领域。本标准的主要起草单位，已经在增材制造金属粉末床熔融领域精耕多年，拥有深厚的产品生产、检验、维修服务等经验。二、标准编制原则和主要内容1.标准编制原则本标准的编写主要遵循了以下原则：——在结构和编写规则上遵循GB/T1.1—2020的相关要求；——规定了增材制造标准测试件制备、测量和几何图形的一般要求；——注意标准内容的完整性，按需编写，结构合理、条理清晰、内容全面。2.标准主要内容本标准规定了增材制造标准测试件制备、测量和几何图形的一般要求，通过测试增材制造系统可成形的最小特征尺寸、表面粗糙度和测试件的几何尺寸精度进行几何性能评估。主要包括：——制备测试件的一般要求：规定了材料、工艺规范、文件格式、测试件的数量和位置、成形方向、零件阵列与合并、支撑和后处理、标记方面的内容，旨在促进供应商和用户双方的沟通，为测试件的制作提供了参考。——测量测试件的一般要求：规定了标样的构建、测量策略和测量不确定度三方面的要求，为标样的测试提供了参考；——标准测试件的几何图形：规定了精度、分辨率和表面粗糙度三大类型的标样。动态成形精度和综合成形精度检验按GB/T39329—2020《增材制造测试方法标准测试件精度检验》的规定进行。分辨率包括圆柱形、圆孔、壁厚、槽和粗糙度标样，明确了标样的制作目的，几何形状，测量方法和注意事项。本标准是通过获得测试件的表面粗糙度、分辨率（即最小特征尺寸，包括圆柱形、圆孔、壁厚和槽）和成形精度（线性成形精度、动态成形精度和综合成形精度）用于定量评估增材制造系统的几何成形能力。标准描述了一套测试件的几何特征，每个测试件用于研究一个或多个特定的性能指标。标准规定了测试件的要求和数量，但没有规定具体的测量方法。不同用户应用程序可能需要不同等级的性能。标准讨论了标样摆放的示例以及测量不确定度要求，以检测高低等级的系统性能。本标准适用于利用粉末床熔融工艺制备的标准测试件进行增材制造系统校准和成形能力评估,标准测试件可以在新设备安装时直接成形并进行测量，同时，可在系统维护后或根据质量体系的要求，用于定期评估某一增材制造系统的性能或诊断故障。规定的标准测试件可用于买方和卖方之间评估增材制造零件或增材制造系统的能力,可以用来衡量新的工艺参数或材料对增材制造系统性能的影响，也可根据最终用户的需求，单独成形单一的标准测试。三、主要试验（或验证）情况为了验证在不同增材制造系统的几何成形能力，选取激光选择性熔化系统和立体光固化增材制造设备进行试验验证，具体开展的实验验证与测试情况如下：1.验证方案按照标准中标样制作的一般准则在激光选择性熔化系统和立体光固化增材制造系统上分别制作精度标样（包括线性精度标样、动态成形精度标样和综合成形精度标样）、分辨率标样（圆柱形、圆孔、壁厚、槽）和表面粗糙度标样，按照标准中标样测量的一般要求和推荐的方法进行测试，获得各增材制造系统可成形的最小特征尺寸和表面粗糙度，以评估增材制造系统的几何成形能力。对SPS450立体光固化工艺和3DSystemS300激光粉末床熔融增材制造设备的几何成形能力进行预估，分别在SPS650和S300设备上制作表1中标样。表1制作的标样及规格序号标样规格数量1线性标样55mm×5mm×8mm42圆柱形标样φ1mm×6mm,φ0.50mm×3mm,φ0.40mm×2mm,φ0.30mm×1.5mm,φ0.20mm×1mm,φ0.10mm×0.5mm13圆孔标样孔径(φ0.50mm,φ0.40mm，φ0.30mm，φ0.20mm，φ0.10mm)，厚度2.5mm14壁厚标样壁厚（1mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm，0.1mm），高度10mm15槽宽标样槽宽（1mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm，0.1mm），高度10mm16带倾斜槽宽标样槽宽（6mm，5mm，4mm，3mm，2mm和1mm），高度10mm，倾斜角度（5°，10°，15°,20°,25°,30°）17表面粗糙度标样0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°12.实验手段在不同的增材制造设备上进行成形试验，得到测试件，按照标准中推荐的测量方法对测试件进行检测，得到测试件的原始数据，再对数据进行处理，剔除异常点，得到相关检测数据并进行分析，将结果汇总，并做出相关图表进行比较，得到结论。3.实验结果及分析3.1增材制造立体光固化设备实验结果在SPS450立体光固化增材制造设备上制作的测试件，材料为光敏树脂，成形的标样如图所示。图9SLA标样图10SLA线性标样图11SLA圆柱形标样图12SLA圆孔标样图13SLA槽宽标样图14SLA带倾斜角度的槽宽标样图15SLA壁厚标样图16SLA粗糙度标样（1）线性标样用游标卡尺测量线性标样的线性尺寸如下表：表2SLA线性测试件尺寸单位：mm序号设计尺寸中心坐标2.512.525405557.51012.512.4812.4725.0139.9855.025.027.5610.0712.6027.5,0,022.5112.4925.0240.0155.155.007.5510.0812.610,27.5,032.4912.4825.0040.0755.025.027.5410.0712.51-27.5,0,042.5012.5025.0140.0855.144.987.5410.1012.620，-27.5,0（2）圆柱形圆柱形标样0.3mm、0.2mm和0.1mm未能成形，只有0.5mm和0.4mm成形，用超景深显微镜测量圆柱的直径，如表3，尺寸偏差较大，且成形出标样的高度比设计高度低，高度都低于0.5mm。表3SLA圆柱形测量尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸0.50.440.510.610.40.430.450.470.3成形失败0.2成形失败0.1成形失败（3）圆孔圆孔标样0.1mm未能成形，用超景深显微镜测量0.5mm、0.4mm、0.3mm和0.2mm圆孔的直径分别为0.54mm、0.42mm、0.32mm、0.19mm。（4）壁厚壁厚标样1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm成形完好，但0.1mm的标样未能成形。测量尺寸见表4。表4SLA壁厚标样测量尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸11.021.061.020.80.810.820.810.60.620.590.590.40.420.410.390.20.200.190.180.1成形失败（5）槽宽用超景深显微镜测量槽宽标样，尺寸如表5，0.1mm、0.2mm和0.4mm槽宽标样的尺寸偏差较大。表5SLA槽宽标样测试尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸10.960.980.960.80.800.780.780.60.530.550.560.40.290.330.370.20.280.280.280.10.190.190.18（6）粗糙度受SLA成形工艺的影响，粗糙度标样在成形时都添加了支撑，因此粗糙度只能测量上表面。粗糙度标样的检测数据在后续工作中完善。3.2激光粉末床熔融增材制造设备实验结果在3DSystemS300激光粉末床熔融增材制造设备上制作的测试件，材料为17-4PH不锈钢，标样未进行后处理，成形的标样如图所示，标样检测数据在后续的工作中完善。图17SLM测试件图18SLM线性精度标样（Y向）图19SLM线性精度标样（X向）图20SLM圆柱形和圆孔标样图21SLM槽宽标样图22SLM粗糙度标样（1）线性测试件用游标卡尺测量线性标样的线性尺寸如下表：表6SLM线性标样尺寸单位：mm序号设计尺寸中心坐标2.512.525405557.51012.512.5012.5025.0440.0354.944.987.4910.0112.4527.5,0,022.5112.4924.9639.9754.994.997.509.9812.500,27.5,032.5012.5325.0339.9454.984.987.5010.0012.51-27.5,0,042.5312.4924.9939.9455.004.977.499.9712.430，-27.5,0（2）圆柱形圆柱形标样0.1mm未能成形，用数显游标卡尺测量圆柱形标样的直径，测量尺寸如表7所示。表7SLM圆柱形标样测量尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸0.50.460.460.470.40.350.350.350.30.300.280.270.20.160.190.150.1成形失败（3）圆孔圆孔标样0.1mm、0.2mm、0.3mm未能成形，用超景深显微镜测量0.5mm、0.4mm圆孔的直径分别为0.42mm、0.38mm，圆孔的尺寸差异较大，且上端直径大，下端直径小。（4）壁厚壁厚标样1.0mm，0.8mm，0.6mm，0.4mm，0.2mm成形完好。表8SLA壁厚标样测量尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸10.960.940.940.80.800.780.780.60.580.570.580.40.370.370.370.20.240.230.22（5）槽宽用超景深显微镜测量槽宽标样，尺寸如表9：表9SLM槽宽标样测试尺寸单位：mm设计尺寸测量尺寸11.051.021.030.80.830.810.830.60.620.610.610.40.420.420.420.20.210.230.230.10.120.110.11（6）粗糙度受SLM成形工艺的影响，15°粗糙度标样在成形时添加了支撑，因此0°和15°标样只能测量上表面，其他标样可以检测上下两个表面。粗糙度标样的检测数据在后续工作中完善。四、标准中涉及专利的情况本标准不涉及专利问题。五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况本文件规定了增材制造标准测试件制备、测量和几何图形的