国家标准计划《增材制造 激光粉末床熔融铝合金及其复合材料制件技术规范》由 TC562(全国增材制造标准化技术委员会)归口 ,主管部门为中国机械工业联合会。
主要起草单位 广东汉邦激光科技有限公司 、中机生产力促进中心有限公司等 。
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1.必要性 铝合金是最重要的轻质结构材料,在航空航天、汽车、高铁、船舶、机械制造等行业得到大规模的应用,已成为用量仅次于钢铁的第二大金属材料。
铝合金具有极其优异的加工性能、抗氧化性能、耐腐蚀性能、良好的导热导电性能、轻质量、高强度,通过合金元素的强化可以获得强韧性高性能合金,当前铝合金产品呈现结构轻量化、性能复合化的发展趋势,已成为提高铝合金强韧性和扩大应用的重要途径。
激光粉末床熔融技术作为金属增材制造使用最广泛的一种技术,可以直接成形高性能复杂结构零件,成形复杂内腔结构,实现轻量化一体结构制造,且材料利用率高,因此,激光粉末床熔融增材制造铝合金及铝基复合材料制件的生产制造技术已成为替代传统加工技术制造复杂结构零件的必然方法,航空航天、汽车、模具等越来越多工业、军工行业正在大量应用铝合金及铝基复合材料制件产品。
增材制造铝合金及铝基复合材料制件具有广阔的市场前景和应用需求,但目前我国尚未对激光粉末床熔融增材制造铝合金及铝基复合材料制件制定相关国家标准以及行业标准,没有统一的技术要求和检验验收规范。
制定铝合金及铝基复合材料制件激光粉末床熔融技术规范旨在加快铝合金及铝基复合材料制件增材制造的研发和生产,引导和规范产品的生产和检测验收,满足市场相关行业的不同需求,对推动增材制造技术发展和应用具有重要意义。
2.可行性 近年来,增材制造行业在国内外均呈现出较快增长的趋势。
据Wohlers Report 2021报道,2020年增材制造总体市场达到127.58亿美元,增长7.5%。
放眼全球,各国政府纷纷将增材制造作为未来产业发展新的增长点加以培育和支持,以抢占未来科技产业的制高点。
作为增材制造的重要技术之一,激光粉末床熔融技术在工业上已越来越普遍,已能够用来制造具有复杂形状、多材料、重量轻、具有功能梯度的金属零件。
国内方面,已涌现出如铂力特、广东汉邦激光科技有限公司、永年激光、金石三维、数造科技、易加三维、西帝摩等在国际上具有影响力的优秀企业。
我国近年来高度重视增材制造技术和标准化工作,出台了大量举措,推动增材制造标准化发展。
一方面,为解决增材制造作为新兴领域标准布局问题,实施新产业标准领航工程,国家标准化管理委员会、工业和信息化部、科技部等六部门联合发布《增材制造标准领航行动计划(2020-2022年)》,系统谋划和全面推进增材制造标准化工作,充分发挥标准对增材制造产业发展的规制和引领作用;另一方面,推动我国成为ISO/TC 261的P成员国,成立全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC 562)以及测试方法分技术委员会和多个工作组,全面统筹推进增材制造领域国际、国内标准化工作,已成功主导1项国际标准、发布国家标准36项、12项行业标准,标准引领和规范新兴行业发展的作用逐步显现。
在标准预研阶段,全国增材制造标委会组织汉邦科技、广东省科学院新材料研究所、南京航空航天大学、北京机科国创轻量化科学研究院、华南理工大学、广东工业大学、上海交通大学等单位,制定了中关村标准化协会团体标准“增材制造 铝合金激光粉末床熔融工艺规范”,已报批。
本次提出的国家标准内容为团体标准内容的优化完善,增加了有发展前景的铝基复合材料制件的相关内容,使其体系更齐全、内容更充实、覆盖面更宽。
因此,本国家标准内容是可行的,制订周期是可保证的。
1.标准适用范围 本标准适用于激光粉末床熔融成形铝合金制件和铝基复合材料制件的生产、检测及验收交付。 2.标准主要内容 本标准的主要内容涉及铝合金及铝基复合材料激光粉末床熔融增材制造的技术要求、检验方法、质量验证以及交付、包装和运输等。 2.1 技术要求、检验方法 2.1.1 粉末成分、物理性能、重复使用 依据增材制造铝合金及铝基复合材料制件行业的实际情况,从化学成分、粒度、松装密度、振实密度、流动性和重复使用等方面对常用铝合金粉末和铝基复合材料粉末提出技术要求,主要包括以下三方面: (1)铝合金粉末的化学成分,铝基复合材料粉末中增强相粉末类型、粒径和含量; (2)铝合金粉末的物理性能; (3)重复使用。 2.1.2 铝合金及铝基复合材料制件激光粉末床熔融工艺 (1)成型室氧含量; (2)基板预热温度; (3)成形参数; (4)随炉试样的摆放; (5)制件的热处理工艺。 2.1.3 激光粉末床熔融成形铝合金及铝基复合材料制件的性能 (1)制件表面质量; (2)内部质量; (3)制件显微组织; (4)制件力学性能。 2.2 质量检验 铝合金制件的质量评价是依据前面叙述的技术要求,检测方法进行逐项检验和评价,采用与制件同炉的随炉试样,针对表面质量、内部质量、显微组织、力学性能等项目开展必检或选检的检测,规定了取样数量和要求,给出了评价方法,从而全面判定批次制件是否合格。