（高清版）GBT 43233-2023 增材制造 系统性能和可靠性 航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验

增材制造系统性能和可靠性航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验2023-11-27发布2023-11-27实施GB/T43233—2023 I 2规范性引用文件 3术语和定义 4设备 25环境和操作条件 26鉴定试验 26.1一般要求 6.2激光束试验 6.3机械功能试验 6.4加热系统 6.5成形室内气氛 6.6数据记录 56.7安全系统 6.8可选试验 6.9再鉴定 67试验报告 附录A(资料性)用于轨迹精度试验的几何图形 8附录B(资料性)试验报告示例 参考文献 I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件修改采用ISO/ASTM52941:2020《增材制造系统性能和可靠性航空航天用金属材料本文件与ISO/ASTM52941:2020的技术差异及其原因如下：——用规范性引用的GB/T35351和GB/T41507替换了ISO/ASTM52900和ISO/ASTM52921(见第3章),沿用我国增材制造领域术语惯用的定义方式，以便于使用；——更改了环境和操作条件中健康安全的要求(见第5章),符合我国行业标准的规定；——用规范性引用的GB/T41572替换了ISO11154(见6.2.3),以满足当前我国增材制造用脉冲激光器试验的要求；——增加了激光束位置的试验步骤(见6.2.7),以提高试验的可操作性。本文件做了下列编辑性改动：——为与现有标准协调，将标准名称改为《增材制造系统性能和可靠性航空航天用金属材料激——删除了ISO/ASTM52941:2020中6.8.3的热线风速仪示例，因热线风速仪的操作按照使用说——更改了用于轨迹精度试验的几何图形和试验报告示例两个资料性附录的顺序(见附录A和附录B),根据其在正文中被移作附录之前所处位置的前后顺序；请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC562)归口。本文件起草单位：安徽省春谷3D打印智能装备产业技术研究院有限公司、安徽拓宝增材制造科技有限公司、国营芜湖机械厂、中机生产力促进中心有限公司、山东创瑞增材制造产业技术研究院有限公晨光集团有限责任公司、西安增材制造国家研究院有限公司、安徽铭谷激光智能装备科技有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司、湖南华曙高科技股份有限公司、华南理工大学、华质卓越生产安赛隆增材技术股份有限公司。1GB/T43233—2023增材制造系统性能和可靠性航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备验收试验本文件规定了航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备系统性能和可靠性的鉴定和再鉴定的要求本文件适用于航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备交付、定期复检或保养、维修后的系统性能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GB/T35351增材制造术语GB/T41507增材制造术语坐标系和测试方法(GB/T41507—2022,ISO/ASTM52921:2013,MOD)GB/T41572脉冲激光时域主要参数测量方法GB/T43141激光增材制造机床通用技术条件ISO11146(所有部分)激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法(Lasersandlaser-relatedequipment—Testmethodsforlaserbeamwidths,divergenceanglesandbeampropagationratios)注：GB/T26599.1—2011激光和激光相关设备激光光束宽度、发散角和光束传输比的试验方法第1部分：无像散和简单像散光束(ISO11146-1:2005,IDT)3术语和定义GB/T35351和GB/T41507界定的以及下列术语和定义适用于本文件。扫描速度scanningspeed激光束在成形平台(工作面)平面内运动的相对线速度。热机时间warm-uptime根据设备制造商的规定，从启动设备到能够开始成形的时间。供粉平台feedingplatform向铺粉装置(3.4)供应粉末的移动平台。铺粉装置powderspreadingd将粉末均匀分布在成形面上的机械装置。2额定激光功率ratedlaserpower激光器制造商规定的最大输出功率。最小束腰位置minimumbeamwaistposition4设备航空航天用金属材料激光粉末床熔融设备(以下简称“设备”)应按照设备说明书进行安装、操作和5环境和操作条件鉴定试验期间的环境和操作条件应符合设备制造商规定的范围，并符合设备用户在生产过程中规c)公共设施(例如电力、压缩空气、保护气体以及水的供应);d)冲击/振动；e)成形室压力；h)氧含量。应符合GB/T43141中激光辐射和防火防爆的规定。6鉴定试验6.1一般要求设备鉴定试验应至少包括6.2～6.7中规定的要求。应根据测量仪器说明书使用经校准的测量仪器进行测量。连续激光器应进行激光功率测量，如适用，宜参照ISO11554的规定进行。激光功率的设置值应与实测值进行比较。在工作区域(即在成形室内)使用经校准的测量仪器进行测量。仪器应能准确测量实际激光功率范围。激光功率测量应符合生产要求，覆盖典型功率范围。如果该范围未知，建议至少在三个点进行测量，包括额定激光功率的30%和90%。应根据设备制造商的规定执行热机时间。功率稳定性宜参照ISO11554的规定进行测量。如果ISO11554不适用，宜按照以下步骤进行3a)如果规定了热机时间，应在热机时间结束后立即开始功率稳定性测量；b)除供需双方另有约定外，应在无粉末的情况下，在所有光学元件后进行以下功率测量，以证明激光功率稳定性：1)设备执行热机时间后的最大额定激光功率；2)在激光器以最大额定激光功率至少保持15min后，在2min内获得的最大额定激光功率。c)两次测量值之间的偏差不应超过±5%。注：额定激光功率的定义见3.5。脉冲激光器特性应按照GB/T41572的规定进行测量，试验项目由合同双方协商确定。激光束的特性(光斑大小、轮廓和对称性)应在成形平面用合适的试验设备进行测定，激光束与工作除供需双方另有约定，激光束特性的评估应按照ISO11146(所有部分)的要求进行。结果应与光斑尺寸、轮廓和对称性要求进行比较。热机时间结束后，应在中心和成形区域边缘的四个点确定最小束腰位置(焦点)。应对照成形表面的高度给出ε轴束腰位置的值。最小束腰位置可通过在不同成形平台高度(x轴)的测试板上用激光扫描相同路径产生的线来确定。最细的线的z轴高度值代表焦点位置。热机时间完成后，应在额定激光功率的10%、50%和90%下进行最小束腰位置稳定性的评估。应使用合适的试验设备，在工作平面上用激光束在垂直方向上进行评估。除合同双方另有约定，每个设定的功率最短运行时间应为15min。根据使用的测量方法，应将该评估结果与6.2.5中的评估结果和/或6.2.4中的光斑大小评估结果进行比较。应确定激光束相对于工作平面(场校正)的精度。宜参照以下方法进行测量：——可使用激光在测试板上按照50条×50条纵横线构成的网格路径进行扫描，以网格左下方的格点为参照点，测试每个网格格点的激光束位置与规定位置的X-Y偏差矢量；——可使用二次元测量仪测试。除供需双方另有约定，激光束位置与规定位置的X-Y偏差矢量不应超过±0.06mm。应在测试板上按照给定的扫描速度扫描几何图形，以确定轨迹精度。附录A给出了用于轨迹精度试验的几何图形示例。应记录扫描速度。宜在最大工作范围和扫描速度范围内确定轨迹精度的几何图形，并用光学仪器进行测量。应评估以下内容：4——闭合或互补轮廓处入口点与出口点的一致性；——改变方向时的轨迹精度(光学系统的惯性);——不同扫描轨迹之间的重叠区域(例如轮廓和实体)。应在X和Y方向以及(45±15)°方向进行扫描速度测量。测量的扫描速度可由用户指定。示例：可通过成形平台上的测试板上的激光熔道(熔痕)来确定扫描速度。为此，在规定的时间段内扫描约定的轨迹，通过测量熔道长度，并除以实际的激光开启时间。例如，在激光控制台进行实际激光开启时间的测量。除非供需双方另有约定，测量的扫描速度与规定值的最大允许偏差为±5%。如果使用多激光束设备制造零件，且每个零件完全在一个激光工作区内，则在每个工作区内的激光束都应符合6.2.1～6.2.9的规定。如果使用多激光束设备制造零件，其中任何零件跨越一个以上的激光工作区，则应按照供需双方的约定进行额外的交叉校准。当多个激光束在成形区域内的任何一点上聚焦同一位置时，除非供需双方另有规定，任何两个激光束的距离不应超过0.06mm。应记录测量结果。应测量机械结构的定位精度和重复定位精度。成形平台的定位精度和重复定位精度应在最大的工作范围内进行测定，例如使用千分表。应在至少五个成形平台高度(0%、25%、50%、75%、100%)处进行测量，每个平台高度应至少进行5次连续移动，平台在最高位置处空载，在最低位置处承受重量负载。重量负载应与待加工材料(相对密度)和承载能力有关，至少为承载能力的30%。公差应由供需双方协商确定。本条仅适用于配有供粉平台的设备。供粉平台的定位精度和重复定位精度应在规定的运动范围内进行测定，例如使用千分表。应在至少五个供粉平台高度(0%、25%、50%、75%、100%)处进行测量，每个平台高度应至少进行5次连续移动，平台在最高位置处空载，在最低位置处承受重量负载。应根据待加工材料(相对密度)和承载能力规定重量负载。公差应由供需双方协商确定。如果设备使用非供粉平台的方法将粉末输送至送粉区域，则需指定一种方法测量和验证送粉精度。送粉精度应由供需双方协商确定。5加热系统的功能应按照设备用户的规定进行演示或验证。应对设备运行过程中的气氛环境进行规定，并通过传感器和控制系统等确保其符合规定的要求。应对设备的气密性进行规定，可通过测试给定时间段内的压力变化进行试验，并记录试验结果。应演示或验证系统的数据记录功能。应演示或验证系统的安全功能。在鉴定试验时，可根据ISO/ASTM52902制造示例件和/或测试件。宜考虑以下因素：b)缺陷；c)多余(部分熔融)材料；d)制件颜色(尤其是钛)和/或粉尘痕迹，作为保护气体不足的标志；e)显微照片上显示孔洞和未熔透，可用射线透视检查；f)几何尺寸精度；不同位置的成形质量可通过成形平台上成形区域来评估。图1是成形区域评估的超声波检测示例。宜规定具体的无损检测方法和步骤。6Y₁Y₂X标引符号说明：Y₂——信号功率。图1成形区域评估的超声波检测示例试验装置：热线风速仪(用来测量流体或气体的速度和方向的装置)。试验方法：通过测量放置在流体或气流中的导线(被电流加热)的热损失来实现。图2给出了成形平台的测量位置示例。图2成形平台的测量位置示例如果对设备进行了改造或对操作条件进行了重大变更(如改造、修理或更换关键部件、重新安置设备),则应重新进行相关的鉴定试验。软件变更可按需重新鉴定设备。设备的关键部件包括：——激光源；——气体系统；——光学系统；7 7试验报告应完整记录试验结果。试验报告(见附录B中的示例)应至少包括以下信息：a)设备的型号和名称；c)环境和操作条件；d)试验范围(相关材料和操作限制);e)试验结果，见第6章；h)试验人员；j)意见和建议；k)本文件编号。8(资料性)用于轨迹精度试验的几何图形图A.1给出了用于轨迹精度试验的几何图形。GAH→F→E→H→G→F→G→H→E→F。图A.1用于轨迹精度试验的几何图形9GB/T43233—2023(资料性)试验报告示例表B.1给出了试验报告的示例。表B.1试验报告示例金属材料激光粉末床熔融设备设备编号：设备制造商：激光器制造商：设备名称：激光器名称：设备序列号：激光器序列号：参数测量结果(最大偏差)%限值符合GB/T43141光学系统激光功率激光功率稳定性激光束几何焦点位置激光束位置0.06mm轨迹精度扫描速度平台移动成形平台供粉平台铺粉装置运动传感器系统精度气密性示例件和测试件协议