全球超100項增材制造標準，都可以在這里找到

南極熊導讀：不用再到處找了，全球超100項增材制造標準，都可以在這里找到。

在2019年11月的中航邁特用戶大會上，南極熊聆聽了中國航空綜合技術研究所 、華質卓越生產力促進（北京）有限公司，融融研究院院長  栗曉飛，“標準助力航空航天增材制造產業(yè)發(fā)展與工程化應用”的演講。
△栗曉飛


南極熊備注：以下圖片均從栗曉飛演講PPT中提取

對于3D打印的標準，現在國內外都有很多，但很多時候大家都不理解。我們在做標準的過程當中，也參考國外的標準。明明國外已經定出來，并且整個工程應用已經開始了，但是看到標準里面的條款，實際上還有很多疑惑的地方，不知道它為什么這么定，除了管理體制的問題，因為說國外的這種技術管理，包括成熟度的界定，國內剛剛引入，國內目前對成熟度或者說在型號應用上整個技術管理的流程有差異，每個階段都不一樣。如果把國外標準進行充分吸收借鑒，把我們自己本身的技術能力和技術管理體制調整過來呢？實際上非常困難1

美國的增材制造標準


△美國增材制造的組成單位，包括政府、國防部、工業(yè)界、科研機構等

美國增材制造的組成單位，分為幾個部分，第一個就是政府，政府最關注的就是增材制造產業(yè)到底有沒有發(fā)展，未來產業(yè)規(guī)模是多大，能夠給國家?guī)�來多大的經濟收入和政治�?yōu)勢；通過一系列的方式措施手段去搭建平臺。第二個就是終端用戶，可能國內也是一樣，很多技術產品，包括是從軍工開始，因為成本太高，一般民用燒不起錢。


所以很多技術和材料都是最開始從國家軍工投入研發(fā)，成熟了之后，慢慢價格降低，最后應用到其他領域。

△美國增材制造的發(fā)展歷程

美國增材制造的發(fā)展歷程是這樣：
①美國國防部就針對自己的軍事需求，改變游戲規(guī)則，實施第三次抵消策略，滿足陸、海、空三軍及國防后勤局需求，提出了“DOD增材制造路線圖”；
②前身國家增材制造創(chuàng)新研究所(NNMII)，從2012年起建立了美國制造（American Makes），根據在制造中各個不同部分的痛點或者技術難題開展了大量基礎技術研究，到目前為止已經有71項；
③不同應用場景和技術鏈條的單位，由波音、GE、雷神等軍工企業(yè)，Siemens、Autodesk、EOS等民口企業(yè)，DoD、FAA、NASA等政府組織，NIST、阿拉巴馬等高校與科研機構，ASTM、SAE等標準化機構，一起合作形成增材制造標準化協(xié)作組（AMSC）。

△美國制造的71項基礎技術研究


△美國國防部的3D打印技術路線圖，由美國增材制造創(chuàng)新機構和德勤公司負責制定，美國陸海空三軍和國防后勤部全程參與；應用于武器軍事維修與保障、部署與遠征、新部件新系統(tǒng)的采辦；涉及設計、材料、工藝、價值鏈四個技術環(huán)節(jié)領域



△總體上，美國增材制造是以軍事和工程化需求來牽引，通過基礎研究，最后制定出可以促進產業(yè)發(fā)展和應用的手段依據標準

其他增材制造標準發(fā)展現狀

目前，全球范圍內，已經出現了很多關于增材制造的標準，推出標準的單位有國際標準化組織、英國美國國防軍工、航空方面的FAA/EASA、3MF/ASTM等國外先進標準化組織；包含發(fā)布、在編及計劃編制，共計約100項


△根據已經發(fā)布的增材制造標準，一般可以歸為通用基礎、設計、材料、制造、產品、測試評估、修理等幾個節(jié)點

ISO/ASTM的增材制造標準情況



△ISO/ASTM的增材制造標準情況

• ISO 17296-2:2015增材制造-通用要求-第2部分：工藝類型及原材料
• ISO 17296-3:2014增材制造-通用要求-第3部分：主要特性及對應測試方法
• ISO 17296-4:2014增材制造-通用要求-第4部分：數據處理
• ISO/ASTM 52900:2015增材制造-通用要求-術語
• ISO/ASTM 52910:2018增材制造-設計-要求、指南及建議
• ISO/ASTM 52901:2017增材制造-通用要求-AM零件采購通用要求指南
• ISO/ASTM 52921:2013增材制造術語-坐標系及試驗方法
• ISO/ASTM 52915:2016增材制造文件格式（AMF）規(guī)范1.2版
• ISO 27547-1:2010塑料-使用無模技術的熱塑材料試驗樣品制備-第1部分：通則及激光燒結制備試驗樣品
• ISO/ASTM 52902:2019增材制造-測試標樣-增材制造系統(tǒng)幾何能力評估指南
• ISO/ASTM 52904:2019增材制造-過程特征與性能-符合苛刻條件應用的金屬粉末床熔融過程標準慣例
• ISO/ASTM 52911-1:2019增材制造-粉末床熔融技術設計指南-第1部分：金屬激光粉末床熔融
• ISO/ASTM 52911-2:2019增材制造-粉末床熔融技術設計指南-第2部分：聚合物激光粉末床熔融
• ASTM F2921-13（2019）增材制造術語——坐標系及測試方法
  

SAE增材制造標準情況
2015年，SAE成立了AMS-AM技術委員會，積極開展增材制造技術標準的制定工作，截止目前，已發(fā)布12項AMS標準，27項標準正在制定過程中。

相關情況涉及：

• 制定材料規(guī)范：針對原材料和成形后材料（包括金屬、塑料等）的采購，制定航空航天材料規(guī)范（AMS），并與相應的共享材料性能數據庫結合。
• 發(fā)布工藝類標準：發(fā)布推薦性慣例、規(guī)范和標準，用于通過AM材料加工和制造航空航天產品。
• 與相關組織協(xié)調：通過與MMPDS、CMH-17、ASTMF42、AWS D20、Nadcap等相關組織進行協(xié)調，促進對材料規(guī)范的采用。
• 數據發(fā)布：針對新材料與MMPDS或CMH-17工程技術工作組協(xié)調在共享材料特性數據庫內的數據發(fā)布要求。
• 標準體系保證：建立體系來確保材料規(guī)范是受控并可追溯的，并對依據規(guī)范化程序分析過的數據進行統(tǒng)計分析。
  

△涉及電子束、激光粉末床、等離子弧、激光熔絲、熔融擠出等技術類型工藝

• AMS4999A退火態(tài)Ti6Al4V（TC4）鈦合金直接沉積制件
• AMS7000消除應力、熱等靜壓及固溶退火態(tài)IN625（GH3625）耐蝕耐熱鎳基高溫合金激光粉末床成形零件
• AMS7001 IN625耐蝕耐熱鎳基高溫合金增材制造用粉末
• AMS7002 航空航天零件增材制造用金屬粉末原材料生產過程要求
• AMS7003 激光粉末床熔融工藝
• AMS7004 基板上等離子弧定向能量沉積增材制造成形Ti6Al4V（TC4）鈦合金毛坯（去應力態(tài)）
• AMS7005 等離子弧熔絲定向能量沉積增材制造工藝
• AMS7008 哈氏合金X（GH3536）粉末
• AMS7013 增材制造用60Ni -22Cr -2.0Mo -14W -0.35Al -0.03La（GH3230）耐蝕耐熱鎳基合金粉末
• AMS7014 增材制造用Ti-6.0Al-2.0Mo-4.0Zr-2.0Sn（TA19）高溫鈦合金粉末
• AMS7100 熔融沉積成形（FDM）增材制造工藝
• AMS7101 熔絲擠出增材制造用材料
  

美國國家航空航天局NASA增材制造標準情況
NASA發(fā)布的MSFC-STD-3716 金屬激光粉床熔融增材制造航空航天產品標準

MSFC-SPEC-3717 金屬激光粉床熔融增材制造冶金過程控制與鑒定規(guī)范
目的主要有兩方面：

•  對基礎過程及零件生產過程控制進行定義，用于對L-PBF技術當前狀態(tài)相關的風險進行管理；
•  向總師系統(tǒng)（CEO）及當局提供產品一致性證明，評估每個L-PBF零件的風險及控制的合規(guī)性。
  

定義L-PBF中的基礎過程控制方面的程序要求，包括：

•  L-PBF冶金過程的定義與鑒定要求；
•  設備及設施的維護、校準及鑒定要求；
•  操作人員培訓要求。
  

ASME增材制造標準情況


ASMEY14.46-2017涵蓋了增材制造（AM）技術特有的術語和特征的定義，并提出了在產品定義數據集和相關文檔中統(tǒng)一規(guī)范的建議。該標準可用于統(tǒng)一規(guī)范設計、制造和檢測中相關的AM詳細信息。

美國國防部DOD增材制造標準情況


MIL-STD-3049規(guī)定了采用金屬直接沉積（DDM）在金屬零件基體上進行金屬沉積修復相關的材料選擇、鑒定與檢驗要求。


美國聯邦航空管理局FAA增材制造標準情況



2018年，FAA發(fā)布了AC 33.15-4標準，它基于PBF AM材料的工藝依賴性強。
用于PBF AM材料的設計值不僅與制造商采購原材料的變異性相關，而且還與用于制造生產零件和維修的制造工藝所引入的變異性相關。由AM專家確定，PBF AM工藝最多涉及100個工藝參數，必須理解這些參數，包括具有穩(wěn)定和可重復的方式生產零件的能力所需要的控制水平。


AMSC增材制造標準




另外，國外增材制造標準還有

• 3MF：材料、制造、產品、點陣、切片等的格式
• AWS：增材制造金屬零件制造規(guī)范
• PRI：激光與電子束金屬粉末床增材制造審核準則
• UL:增材制造設施安全管理審查大綱
• VDI:增材制造術語定義、設計、質量控制、分級分類、材料數據表等16項標準
  

標準如何助力產業(yè)發(fā)展與工程化


標準，推動產業(yè)發(fā)展與工程化應用的關鍵。對于中國的增材制造標準來說，迫切需要建立企業(yè)標準體系。



中國航空綜合技術研究所希望打造一個“鏈接企業(yè) 為企業(yè)賦能”的增材制造新模式——融融生態(tài)圈。


△融融生態(tài)圈正在做的事情

• 再制造、尺寸及涂層修復用金屬直接沉積通用技術要求
• 軍用增材制造零件采購與驗收指南
• 增材制造技術與標準路線圖研究
• 增材制造材料及產品合格鑒定
• 已發(fā)布5項激光直接沉積增材制造系列標準
• 在研10項通用基礎、激光選區(qū)熔化系列標準
• 中科院增材制造戰(zhàn)略咨詢項目2項，科技部重點研發(fā)計劃1項，科技部NQI項目1項
• 中國航發(fā)商發(fā)增材制造標準體系建設及關鍵標準研制項目
  

首批正在制定13項團體標準，包括增材制造產品數字化定義、增材制造坐標系定義指南、增材制造金屬粉末原材料生產過程控制要求等，由航空工業(yè)、中國商飛、中國航發(fā)、航天科技、航天科工、國家創(chuàng)新中心、國家質檢中心、鉑力特、中航邁特等單位共同參與。希望有更多的單位可以參與進來，一起推動中國增材制造事業(yè)的發(fā)展。

演講人聯系方式：中國航空綜合技術研究所 栗曉飛郵箱 jackyone@163.com