【標(biāo)準(zhǔn)解析】增材制造標(biāo)準(zhǔn)分類與解析,，你想知道的都在這,！

作者：栗曉飛
來(lái)源： 融融生態(tài)圈

很多人反映,，面對(duì)這共計(jì)約230多項(xiàng)國(guó)外增材制造標(biāo)準(zhǔn)，讓人眼花繚亂,，很困難找到自己需要的標(biāo)準(zhǔn),。今天，就帶您將這些標(biāo)準(zhǔn)分一下類,，讓大家對(duì)于這么多增材制造標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)初步的概念與理解,。

首先，將這230多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)查重（主要是ASTM與ISO聯(lián)合制定或發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)）,，最后發(fā)現(xiàn)共計(jì)有206項(xiàng)已發(fā)布及在制定標(biāo)準(zhǔn),，其中已發(fā)布92項(xiàng)，在制定115項(xiàng),。然后我們針對(duì)現(xiàn)有這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,，見(jiàn)圖1。這里必須明確,，圖1不是標(biāo)準(zhǔn)體系,，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的問(wèn)題，在后續(xù)的【標(biāo)準(zhǔn)體系】為大家闡述,。

圖1 國(guó)外增材制造標(biāo)準(zhǔn)一覽表

下面,，我們將按一覽表逐類對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行說(shuō)明。

術(shù)語(yǔ)定義
術(shù)語(yǔ)定義標(biāo)準(zhǔn)通常情況代表著一種技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室階段開(kāi)始進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用,，從事該領(lǐng)域的技術(shù)人員需要在信息表達(dá),、學(xué)術(shù)交流及商業(yè)活動(dòng)中使用統(tǒng)一規(guī)范的語(yǔ)言，并且這種語(yǔ)言應(yīng)該是科學(xué),、準(zhǔn)確、無(wú)歧義的,。國(guó)外現(xiàn)有的術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)包括了ISO/ASTM 52900-2015,、VDI 3405兩份，同時(shí) ISO/ASTM 52900也正在進(jìn)行修訂,，進(jìn)一步補(bǔ)充,、完善增材制造領(lǐng)域的相關(guān)術(shù)語(yǔ)。術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)中定義的是通用,、一般場(chǎng)合下的詞匯定義,，在特定行業(yè)領(lǐng)域或特定環(huán)境中，某些詞匯會(huì)有其特定的含義，這類術(shù)語(yǔ)的表述則應(yīng)該在具體標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語(yǔ)定義章節(jié)進(jìn)行規(guī)定,。

設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)類標(biāo)準(zhǔn)主要是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員直接使用的,、最終形成的以及在初始技術(shù)選用時(shí)所需要參考或執(zhí)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然這里的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是頂層通用的標(biāo)準(zhǔn),，并不是企業(yè)內(nèi)部針對(duì)具體零件所形成的設(shè)計(jì)規(guī)范,，并且在設(shè)計(jì)時(shí)所需引用并明確的測(cè)試方法、材料規(guī)范及工藝規(guī)范等包含在后續(xù)的框架中,，這里不再討論,。

• 產(chǎn)品定義——屬于產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)的一部分。針對(duì)于增材制造產(chǎn)品,，其數(shù)字化設(shè)計(jì)流程是在傳統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)流程的基礎(chǔ)上改進(jìn),，因此這里僅包含了增材制造特有的數(shù)字化產(chǎn)品模型標(biāo)注的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)從增材制造產(chǎn)品標(biāo)注的輔助集合,、產(chǎn)品與工藝定義,、產(chǎn)品數(shù)據(jù)包等方面進(jìn)行了規(guī)定，可用于統(tǒng)一規(guī)范設(shè)計(jì),、制造和檢測(cè)中相關(guān)的AM詳細(xì)信息,。
  

• 設(shè)計(jì)選用——在傳統(tǒng)制造技術(shù)與增材制造技術(shù)之間選擇的通用流程與要求。該部分中目前包括了選用流程與要求,、進(jìn)行選用決策的指南,，為綜合考慮增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、選用增材制造開(kāi)展相關(guān)工作提供的指導(dǎo)與依據(jù),。
  

• 設(shè)計(jì)指南——提供各類增材制造的工藝優(yōu)勢(shì)與約束以及典型的特征結(jié)構(gòu)推薦,。設(shè)計(jì)指南類標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)是用于推廣增材制造技術(shù)，讓更多用戶理解并明確如何采用更合適的增材制造工藝,，并指導(dǎo)用戶產(chǎn)品設(shè)計(jì)中規(guī)避由于工藝約束所導(dǎo)致的不良設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),。
  

• 數(shù)據(jù)文件——主要用于規(guī)范增材制造特有的數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)處理流程與要求以及隨零件交付的數(shù)據(jù)包等相關(guān)要求,。通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn),，可以促進(jìn)更適用于增材制造的3MF及AMF數(shù)據(jù)格式的推廣與應(yīng)用，減少數(shù)據(jù)在整個(gè)流程處理中所產(chǎn)生的丟失或損壞現(xiàn)象,，形成更加優(yōu)化,、完整的數(shù)據(jù)流。同時(shí),，詳盡的數(shù)據(jù)包信息可以更加有利于增材制造零件后期的使用,、維護(hù)與保障。
  

原材料
原材料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要用于原材料的采購(gòu)與驗(yàn)收,、質(zhì)量控制,、原材料技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)的選取及推薦測(cè)試方法，其具體指標(biāo)項(xiàng)目的檢測(cè)可采用通用測(cè)試技術(shù)或在檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的專用測(cè)試技術(shù)。

• 原材料規(guī)范——用于供需雙方的采購(gòu)與驗(yàn)收,。這是一類最常見(jiàn)也最為國(guó)內(nèi)技術(shù)人員了解的標(biāo)準(zhǔn),，但同時(shí)也是目前經(jīng)常容易出現(xiàn)問(wèn)題的一類標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于原材料規(guī)范的內(nèi)涵千萬(wàn)不能與原材料鑒定相混淆,，導(dǎo)致了標(biāo)準(zhǔn)適用范圍出現(xiàn)偏差,。需要注意，國(guó)外原材料規(guī)范針對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象與國(guó)內(nèi)是存在差異的,。國(guó)外以單一牌號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象,，通過(guò)區(qū)分不同的粒度及粒度分布，可適用于多類增材制造工藝,；而國(guó)內(nèi)通常習(xí)慣以一類工藝所用的一類材料為標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象,，標(biāo)準(zhǔn)中多個(gè)牌號(hào)采用相對(duì)統(tǒng)一的粒度及粒度分布。因此,，在參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)時(shí),，需要注意相關(guān)的要求。事無(wú)對(duì)錯(cuò),，只要供需雙方習(xí)慣即可,。
  

• 生產(chǎn)過(guò)程控制——在對(duì)質(zhì)量要求嚴(yán)苛的高端裝備領(lǐng)域（例如，航空航天,，尤其是民用飛機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域）,，對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性及可追溯性具有嚴(yán)格的要求,，這就需要對(duì)于原材料生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制,，建立相應(yīng)的過(guò)程控制文件（PCD）等相關(guān)文件。生產(chǎn)過(guò)程控制類標(biāo)準(zhǔn)就是用于指導(dǎo)建立過(guò)程控制文件而使用的,。目前,，AMS 7002A版正在修訂中，有需要的可以進(jìn)一步關(guān)注,。
  

• 性能表征——主要用于明確針對(duì)增材制造用原材料所需的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目的選取,，并給出推薦的測(cè)試方法，目前主要包括金屬粉末原材料以及FDM成形用絲材兩類,。這類標(biāo)準(zhǔn)一般不直接用于粉末的指標(biāo)確定與檢測(cè),，而是間接指導(dǎo)相關(guān)技術(shù)人員對(duì)于指標(biāo)及檢測(cè)方法的選取。
  

• 原材料分級(jí)——目前的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀是,，每一家對(duì)于金屬粉末原材料的要求都各不相同，例如：有0-53μm的,、有15-53μm的,、有15-65μm的，還有更多不同的粒度及粒度分布的要求。在原材料分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中,，目前的做法是將這些粒度及粒度分布用統(tǒng)一的規(guī)則進(jìn)行表述,。
  

工藝
工藝類標(biāo)準(zhǔn)主要包括了現(xiàn)有工藝的分類、設(shè)備的要求及驗(yàn)收檢驗(yàn)以及各個(gè)工藝的過(guò)程控制要求等,。需要明確,，工藝標(biāo)準(zhǔn)不是傳統(tǒng)意義上企業(yè)用的工藝規(guī)范，而是指導(dǎo)企業(yè)根據(jù)每類工藝的關(guān)鍵工藝參數(shù)指定工藝規(guī)范,、從而實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制的標(biāo)準(zhǔn),。

• 工藝基礎(chǔ)——目前主要包括工藝分類，工藝設(shè)備的要求及驗(yàn)收檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),，為整個(gè)工藝實(shí)施提供基礎(chǔ)性保障,。
  

• 工藝過(guò)程控制——閱讀過(guò)“【標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)】SAE增材制造標(biāo)準(zhǔn)概述”一文的朋友一定會(huì)有所了解，SAE制定的工藝規(guī)范其關(guān)鍵的目的就是建立過(guò)程控制文件（PCD）,，形成定型工藝,，從而建立材料規(guī)范中的組批驗(yàn)收值。目前幾乎所有的標(biāo)準(zhǔn)化組織（例如,，ISO,、ASTM、AWS,、VDI,、DIN等）制定的工藝標(biāo)準(zhǔn)都是基于這樣的目的，標(biāo)準(zhǔn)涉及了大部分工業(yè)應(yīng)用的增材制造技術(shù),。
  

• 后處理——目前的后處理標(biāo)準(zhǔn)都是涉及金屬制件產(chǎn)品的,，包括了熱處理、熱等靜壓,、電化學(xué)拋光等方面,，類似于工藝過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)，這后處理標(biāo)準(zhǔn)中主要以每類后處理工藝過(guò)程控制要求為主,，同時(shí)也會(huì)針對(duì)每個(gè)牌號(hào)的材料給出推薦的工藝參數(shù)與制度,。
  

成形制件及產(chǎn)品
成形制件及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)主要包括了增材制造產(chǎn)品的采購(gòu)要求、性能規(guī)范,、研制驗(yàn)證,、分級(jí)分類以及性能數(shù)據(jù)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

• 采購(gòu)要求——主要用于規(guī)定客戶與零件供應(yīng)商在訂購(gòu)時(shí)所需明確的技術(shù)要素的指導(dǎo)原則,，包括客戶訂購(gòu)信息,、零件定義數(shù)據(jù)、原料要求,、最終零件特征和性能,、檢驗(yàn)要求和零件驗(yàn)收方法,，以避免在客戶采購(gòu)零件時(shí)與供方發(fā)生不必要的糾紛。
  

• 性能規(guī)范——增材制造技術(shù)將原材料（粉末,、液體或絲材）直接成形為結(jié)構(gòu)毛坯或產(chǎn)品,，是一類帶有結(jié)構(gòu)的特殊材料制品，因此目前很多規(guī)范并非是針對(duì)最終零件的產(chǎn)品規(guī)范,，而是規(guī)定這類材料制品性能的性能規(guī)范,。在SAE標(biāo)準(zhǔn)中，相對(duì)應(yīng)的就是材料規(guī)范,，在標(biāo)準(zhǔn)中主要規(guī)定化學(xué)成分,、顯微組織、力學(xué)性能,、熱處理及無(wú)損檢驗(yàn)等要求,。而在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，一般稱之為某某合金規(guī)范或增材制造規(guī)范,，規(guī)定內(nèi)容上則擴(kuò)展了對(duì)于原材料及制造過(guò)程的規(guī)定,。
  

• 研制驗(yàn)證——主要包括產(chǎn)品研制的流程、零件驗(yàn)證指南以及針對(duì)于成形特征的統(tǒng)計(jì)驗(yàn)證要求,。研制流程與成形零件的驗(yàn)證是規(guī)范,、統(tǒng)一增材制造技術(shù)在各型號(hào)產(chǎn)品研制中的基礎(chǔ)，本框架下的標(biāo)準(zhǔn)可以為用戶單位開(kāi)展增材制造產(chǎn)品研制及驗(yàn)證提供指導(dǎo),。同時(shí),，增材制造會(huì)涉及很多種類、新的結(jié)構(gòu)特征,，并存在不同結(jié)構(gòu)特征,、不同性能及質(zhì)量要求的情況，目前VDI計(jì)劃開(kāi)展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定工作,，可以為增材制造產(chǎn)品研制及驗(yàn)證提供更有意義的借鑒與參考,。
  

• 分級(jí)分類——針對(duì)增材制造在各行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，零件的質(zhì)量等級(jí)分類越來(lái)越受到各類用戶的關(guān)注,，直接關(guān)系到產(chǎn)品研制,、生產(chǎn)及檢測(cè)評(píng)估中對(duì)于材料及制件鑒定、質(zhì)量控制,、缺陷閾值等要求的界定,。目前，VDI,、ASTM,、ISO等都已開(kāi)展了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與編制。
  

• 性能數(shù)據(jù)——性能數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)主要包括兩大類,，性能數(shù)據(jù)提交指南及性能數(shù)據(jù)表,。前者是SAE針對(duì)于后續(xù)制定的AMS標(biāo)準(zhǔn)中所提交性能數(shù)據(jù)的基本的規(guī)范性要求,，以保證數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計(jì)性與可參考價(jià)值。后者是VDI針對(duì)于同一牌號(hào)金屬材料實(shí)際性能測(cè)量數(shù)據(jù)給出的性能數(shù)據(jù)區(qū)間,，形成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表格，供所有用戶參考,，了解行業(yè)內(nèi)的普遍技術(shù)水平,。
  

檢測(cè)技術(shù)
檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一直以來(lái)都受到各方的廣泛關(guān)注，以現(xiàn)有情況來(lái)看,，主要包括了測(cè)試基礎(chǔ),、測(cè)試指南、測(cè)試方法,、檢測(cè)評(píng)估及試樣制備等標(biāo)準(zhǔn),。

• 測(cè)試基礎(chǔ)——主要包括針對(duì)增材制造的技術(shù)特點(diǎn)（例如，強(qiáng)設(shè)計(jì)相關(guān)特點(diǎn),、零件對(duì)于在成形空間內(nèi)的取向及位置的相關(guān)性）,、力學(xué)性能裕度選擇的差異以及實(shí)驗(yàn)室之間的數(shù)據(jù)共享與比對(duì)等需求而開(kāi)展的標(biāo)準(zhǔn)化工作，對(duì)于增材制造產(chǎn)品的最終型號(hào)應(yīng)用具有重要價(jià)值與意義,。
  

• 測(cè)試指南——主要包括采用常規(guī)測(cè)試方法進(jìn)行增材制造測(cè)試的指導(dǎo)性建議以及針對(duì)于增材制造產(chǎn)品特點(diǎn)的專用測(cè)試技術(shù)指南,，指導(dǎo)用戶采用更適合的方法對(duì)增材制造材料性能開(kāi)展測(cè)試與表征。其中,，指導(dǎo)性建議主要包括了機(jī)械性能,、物理性能、無(wú)損檢測(cè)以及在線監(jiān)測(cè)等標(biāo)準(zhǔn),，專用方法主要指在增材制造零件中人工植入缺陷的方法,，覆蓋金屬材料、聚合物材料,、砂型及陶瓷材料等,。
  

• 測(cè)試方法——主要針對(duì)于粉末表征及點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的表征需求，開(kāi)展了采用FT4特殊設(shè)備進(jìn)行粉末流動(dòng)性表征方法以及采用數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）技術(shù)開(kāi)展的有序胞元等效拉伸,、壓縮及剪切性能測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)研究與制定,。
  

• 測(cè)試評(píng)估——主要包括了對(duì)于增材制造系統(tǒng)能力、后處理及工業(yè)生產(chǎn)廠所開(kāi)展的評(píng)估技術(shù)及鑒定檢驗(yàn)方面的指導(dǎo)性建議,，用于對(duì)相應(yīng)環(huán)節(jié)的軟硬件技術(shù)能力開(kāi)展評(píng)估及鑒定,。
  

• 試樣制備——目前僅有針對(duì)于聚合物激光粉末床熔融技術(shù)的試樣制備標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)ISO與ASTM會(huì)聯(lián)合開(kāi)展金屬材料的試樣制備標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定,。
  

鑒定與認(rèn)證
鑒定與認(rèn)證類標(biāo)準(zhǔn)主要包括了針對(duì)增材制造生產(chǎn)中的人,、機(jī)、料,、法,、環(huán),、供等方面鑒定與認(rèn)證需求所制定的標(biāo)準(zhǔn)。其中,，在人員方面主要針對(duì)PBF-LB,、PBF-EB、DED-LB以及DED-Arc等四大類技術(shù)操作人員,，特別是定義了一類新的技術(shù)人員,，即生產(chǎn)協(xié)同員（production coordinator）的鑒定標(biāo)準(zhǔn)；在設(shè)備方面重點(diǎn)包括了設(shè)備的安裝,、操作及性能的合格鑒定,；在材料方面涉及了原材料及成形材料的鑒定與批準(zhǔn)；在方法方面包括工藝控制與鑒定準(zhǔn)則,；在環(huán)境方面主要對(duì)增材制造廠所開(kāi)展鑒定標(biāo)準(zhǔn)制定,；在供應(yīng)商方面則主要指PRI制定的供應(yīng)商審核準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)。

環(huán)境健康與安全
在環(huán)境健康與安全方面,，目前主要有ISO,、ASTM、VDI及UL等相關(guān)組織開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定,。標(biāo)準(zhǔn)主要包括風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及安全防護(hù)指南頂層指導(dǎo),、增材制造場(chǎng)地設(shè)施安全審核、金屬與聚合物增材制造設(shè)備用戶操作安全管理,、金屬粉末的安全使用,、非工業(yè)區(qū)域公共環(huán)境下材料擠出式3D打印機(jī)有害物質(zhì)排放要求及檢測(cè)等方面的標(biāo)準(zhǔn)，從安全管理要求,、測(cè)試方法等方面建立環(huán)境健康與安全標(biāo)準(zhǔn)體系,。

修理
在增材制造修理方面，目前僅發(fā)布了1項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-3049,，規(guī)范了將定向能量沉積（DED）技術(shù)用于再制造,、尺寸修復(fù)及涂層重涂覆的研制流程性要求。SAE成立的AMS-AM-R技術(shù)委員會(huì)正在針對(duì)于增材制造修理技術(shù)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化工作,，目前已初步形成標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu),，參考了增材制造直接成形標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，重點(diǎn)關(guān)注修理技術(shù)流程,、不同層次的各類規(guī)范,、修理后的機(jī)械性能與評(píng)估、工藝穩(wěn)定性及檢測(cè)等系列問(wèn)題,。后續(xù)該技術(shù)委員會(huì)將從上述幾方面開(kāi)始著手相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與編制,。

醫(yī)療
增材制造在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，需求也非常迫切,。這里僅列出了ASTM針對(duì)于醫(yī)療領(lǐng)域制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),。在醫(yī)療方面,，ASTM重點(diǎn)關(guān)注了醫(yī)用粉末床熔融工藝粉末循環(huán)再利用以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)中殘余物去除的評(píng)估方面，同時(shí)對(duì)于醫(yī)療設(shè)備增材制造工藝過(guò)程確認(rèn)也開(kāi)展了指南的編制,，用于指導(dǎo),、推動(dòng)增材制造在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。在性能規(guī)范的編制方面,，正在編制醫(yī)用Ti6Al4V ELI粉末床熔融增材制造規(guī)范,。

作者介紹
栗曉飛，北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院 博士后,。長(zhǎng)期從事增材制造、材料與制造領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作,，主持編制并發(fā)布了國(guó)內(nèi)首套增材制造專業(yè)領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，共計(jì)主持和參與了30余項(xiàng)國(guó)家級(jí)、行業(yè)級(jí)增材制造領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的研究與編制,、中國(guó)工程院戰(zhàn)略咨詢研究項(xiàng)目2項(xiàng),，獲中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司三等功一次。

現(xiàn)任美國(guó)ASTM F42增材制造技術(shù)委員會(huì)委員,、SAE AMS-AM增材制造技術(shù)委員會(huì)委員,、國(guó)家增材制造標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC 562）委員、江蘇省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督計(jì)劃科技評(píng)審專家等,。