增材制造 满足关键应用的金属粉末床激光熔融成型工艺过程控制与要求

ICS

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T/GAMA

团体标准

T/GAMA××××—2020

增材制造满足关键应用的金属粉末床激光

熔融成型工艺过程控制与要求

修改采用ISO/ASTM52904:2019Additivemanufacturing—Process

characteristicsandperformance—Practiceformetalpowderbedfusion

processtomeetcriticalapplications

（征求意见稿）

（本稿完成日期：20200623）

-××-××发布××××-××-××实施

广东省增材制造协会发布

T/GAMA××××—2020

II

T/GAMA××××—2020

前言

本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。

本标准修改采用ISO/ASTM52904:2019Additivemanufacturing—Processcharacteristicsand

performance—Practiceformetalpowderbedfusionprocesstomeetcriticalapplications

本标准由广东省增材制造协会提出并归口。

本标准起草单位：

本标准主要起草人：

III

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增材制造满足关键应用的金属粉末床激光熔融成型工艺过程控制

与要求

1范围

本标准描述了满足航空航天零件和医疗植入物等关键应用的金属粉末床熔融成型操作和生产控制。

本标准的要求适用于激光束和电子束粉末床熔融成型的零件和机械性能测试样品的制备。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法

GB/T1480-2012金属粉末干筛分法测定粒度

GB/T6003.1-2012试验筛技术要求和检验第1部分:金属丝编织网试验筛

GB/T6611-2008钛及钛合金术语和金相图

GB/T13277.1-2008压缩空气第1部分:污染物净化等级

GB/T19001-2016质量管理体系要求

GB/T19077-2016粒度分布激光衍射法

GB∕T35022-2018增材制造主要特性和测试方法零件和粉末原材料

GB/T35351-2017增材制造术语

YY/T0287-2017医疗器械质量管理体系用于法规的要求

20194025-T-604增材制造术语坐标系和测试方法

ASTME2910-2012StandardGuideforPreferredMethodsforAcceptanceofProduct产品

验收首选标准指南

3术语和定义

20194025-T-604、GB/T6611-2008、GB/T6611-2008和E2910中术语和规范和以下规定适用于本标

准。

3.1

成型程序员buildprogrammer

负责对零件方向、零件嵌套和关键成型参数进行编程的人员。

3.2

机器操作员machineoperator

启动成型和移交工作的人员，其职责包括但不限于装载原料粉末、安装成型平台、取出成品、定期

清洁机器和更换过滤器。

1

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3.3

粉末刮刀recoaterblade

在成型区域接触粉末和铺粉的设备，也称为耙子、重涂机、滚筒或刷子。

4粉末床熔融（PBF）材料的区分

本标准涵盖的材料（即粉末和熔融成型零件/粉末床熔融设备的输入和输出），应按照规格说明进

行区分，包括但不限于以下方面：

a)符合要求的合金牌号，如不存在牌号，应给出合金的化学成分。

b)粉末类型——原始、二次、共混或混合型粉末。

c)表面光洁度——毛坯、喷砂处理、通过机械加工或手动去毛刺方法去除支撑物，与规格说明一

致或任意组合的后处理。

d)尺寸公差——符合规则说明或PBF设备的成型精度。

注1：b)和c)仅适用于熔融成型零件。

5原材料和粉末批次

5.1材料供应商应将粉末包装在防潮容器内。粉末容器内不允许放置其它任何物质，包括干燥剂袋和

标签。

5.2所有原材料均应具有合格证明，表明原材料符合购买规格要求。

5.3金属粉末应从合规供应商处购买，如经过质量管理体系认证的供应商（见6.3）、经核验的供应

商清单或客户指定的材料供应商。粉末应经一致性检验符合材料规格。经第三方认证的粉末可以使用。

粉末粒径分布测量应按GB/T1480-2012或GB/T19077-2016标准执行。

5.4零件生产商应有原材料订购和测试说明书。原材料的检验可能需要一定量重复使用的粉末，这些

粉末被用来进行与实际生产一致的多次成型检验（例如，将原材料用于检查机器运行一致性）。

5.5原材料规格应包括但不限于化学成分、粒径分布和生产方法。

5.6粉末应密封保存以防止污染和吸收水分。

5.7允许使用二次粉末，用陶瓷粉末刮刀处理的二次粉末要求见7.1.1.4。在每个运行周期中新粉与

二次粉末的比例应记录和报告在生产计划中（第10章）。自动送粉系统可能不支持在生产计划中精确

测量和记录新粉与二次粉末的比例，该系统原材料应被认为是二次粉末。

5.8粉末重复利用的最大次数以及某粉末批次中任意部分的粉末能在成型室加工的最大次数应符合

7.3要求。在一个成型周期后，任何剩余的二次粉末可与新粉末混合以保证有足够粉末量用于下一次成

型。影响鉴定的关键粉末属性应根据7.3的规定定期分析。所有二次粉末应使用筛目大小适中的筛子筛

分去除任何结块。所有粉末筛应满足GB/T6003.1的要求。

6人员需求

6.1人员能力应满足YY/T0287-2017的要求，包括适当的教育、培训、技能和经验。

6.2生产经理、机器操作员或成型程序员应由机器生产商或PBF机器软硬件的合格代理商（如果适用）

进行培训。

6.3对于符合7.3要求的机器，当购买和应用新的软硬件版本后，机器生产商应提供继续教育。培训

记录应保存在员工培训文件中，且培训文件满足当地质量管理体系要求（如GB/T19001-2016、YY/T

0287-2017），可供客户和/或外部监管机构查阅。

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6.4按照6.1和6.2进行培训的人员应视为合格人员。

7检验

7.1成型前检查

7.1.1本条介绍了适用于所有机器不论运行目的（例如定期保养、设备/工艺认证、缩放/校准成型件

等）的成型前检查。成型前检查应包括但不限于以下方面：

7.1.2保养记录——检查保养记录（见7.2.2）和机器的合格状态（见7.3）。

7.1.3所需原料数量——验证是否满足成型所需数量。

7.1.4成型平台（也称为成型板或起始板）——确保成型平台序列号与生产计划（第10章）中指定的

一种相匹配。成型平台应无任何表面污染（包括灰尘，油或油脂）以及任何导致粉末床不一致的缺陷。

成型平台应目视检查无任何明显的损坏或不合格。平台应按质量管理体系要求安装在PBF机器上。

7.1.5刮刀——确保材料与原材料和熔融成型材料的匹配度、清洁度、不存在导致粉末床不一致的任

何缺陷，并采取符合10.1.2.2、确保成型平台任意位置一致的粉末刮刀清除。

7.1.6在开始PBF机器成型之前，应对粉末刮刀进行检查。机器操作员应目视检查并确认粉末刮刀没

有任何碎屑、划痕或变形，并按照生产商的建议安装。应只有合格的材料才能按7.3在PBF机器中使用。

粉末刮刀的化学成分应记录在生产计划中。装有聚合物粉末刮刀的PBF机器应经过验证以确保聚合物不

会污染原料。当粉末刮刀由于其安装位置不能检查时，聚合物粉末刮刀宜在成型结束后替换为新的。经

陶瓷粉末刮刀处理的二次粉末不应进一步处理。本部分不适用于仅使用滚筒来铺粉的PBF机器。

7.1.7辅助系统（如保护气和过滤器）——确保辅助系统类型正确、功能匹配且能清洁系统（保护气

的最低等级为4.8）。

7.1.8冷却装置——检查冷却器温度和传热流体流量（如果适用，遵循机器生产商的建议）。在每个

成型周期之前将冷却器温度记录在生产计划上。

7.1.9成型室环境——对于有保护气过滤器的机器在运行过程中不应有流量限制。

7.1.10外部气体——气体类型和流量应符合机器生产商对原材料的建议。

7.1.11原材料、基线机器及工艺参数——确保原材料和工艺参数适合成型（如光束偏移、光束参数和

输入能量）。

7.1.12光束功率验证——关于检查激光或电子束功率的说明应经零件生产者确定并记录在质量管理

体系文件中。在成型开始前以及成型结束后，激光或电子束功率应被立即测量并记录在生产计划中。

7.1.13零件文件、方向和位置——所有零件的数字几何文件（例如，STL，AMF）应按生产计划匹配预

期的版本、成型平台上零件的方向和位置。

7.1.14机加工料——确保机加工料按生产计划添加到零件中。

7.1.15零件嵌套——PBF成型处理器软件中显示的成型平台零件嵌套应采取屏幕截图等方式记录。

7.2定期保养（第三方认证）

7.2.1PBF机器应根据产家建议（如至少每六个月或经过一定的成型时间后）由经过培训的技术员进

行保养。停止保养的PBF机器不得用于满足此处的要求。保养程序应确保有效功能以及影响产品质量的

每个主要机器和机器部件的运行。这些应包括但不限于以下内容：

7.2.2激光或电子束功率——确保能量束特性在产家建议的公差范围内。根据产家建议或规格要求（以

较高者为准）测试激光或电子束输出是否匹配软件设定值。功率计使用者在测量和监测激光功率时应考

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虑检测器的校准不确定度。更全面的能量束质量测量可以交给机器供应商进行机器验收，例如开/关速

度、运行数小时后的功率波动以及光束轮廓在整个成型平台上的偏差。

7.2.3成型平台的光束功率——如果可能，测量在成型平台左、右、前和后边界的激光或电子束功率，

但是至少在成型平台的中心检测100％的激光功率或所需的电子束功率。激光或电子束的使用应遵循产

家建议或规格要求，在所有测量位置上以较高者为准。

注2：7.2.3和7.2.4中规定的光束质量和功率测量用于过程中控制，以防止意外更改能量密度。

7.2.4光束定位验证——确保软件指示的光束位置和实际光束位置偏差在机器生产商建议或零件生产

者要求的范围内。

7.2.5Z轴运动——确保软件控制和实际的层运动在生产商的推荐或规格要求范围内，以较高者为准。

7.2.6粉末刮刀机臂和电机——粉末刮刀校准公差应在生产商的建议范围内。

7.2.7压缩空气——PBF机器所需压缩空气应在每次保养时按GB/T13277.1-2008标准检查是否有任

何污染。调节到适当的压力并检查所有配件和连接。

7.2.8氧气和真空——应按照生产商的建议更换氧气传感器并校准至少两个氧气浓度点。真空度应符

合生产商的建议并应有校准方法。

7.2.9激光扫描校准——多重激光器的激光场校准系统应根据生产商的建议进行。合格的生产商应提

供激光扫描校准的公差。

7.2.10其他推荐的保养——确保机器操作或维修手册中列出的其它所有建议的保养被执行。

7.2.11保养记录应形成文件，注明保养日期，由经培训的技术员在PBF保养文件上签字，并由零件生

产商品质负责人批准。该表格应展示在PBF机器的外部，显示起始日期和到期日期。维护操作应使用如

指南E2910等公认的程序。

7.3机器，工艺和零件鉴定

7.3.1应创建鉴定成型生产计划（根据第10章）并用于成型测试样。一旦鉴定成型结果已经过验证，

用于鉴定成型的参数记录为PBF基线参数，并为后续成型建立参数（请参见7.3.3）。

7.3.2成型平台（也称为成型板或起始板）——零件生产者应有成型平台规范。用于PBF的所有成型

平台应符合规格，包括表面光洁度、平整度和平行性要求。成型平台表面可更新。所有成型平台均应序

列化，至少对材料有所描述。只要零件满足化学成分要求，异种材料（相对于零件）的成型平台可被使

用。当一个零件与成型平台直接接触（无支撑结构），零件上的交叉污染部分应通过适当处理进行移除。

7.3.3测试样（熔融成型材料）应按适当标准或供需双方同意的方法对化学成分、微观结构、孔隙率

和机械性能进行评估。测试样的化学成分应根据熔融成型材料规范要求对其化学成分进行验证。零件生

产者应按GB/T228.1-2010标准制备拉伸试验空白样和其他试样，要求最少成型如图1所示在成型平台

上的5个试样。其他拉伸测试样建议在Z方向上成型。GB/T228.1-2010也提供了PBF成型的金属材料

力学性能测试方法。客户可能需要其他合格测试。测试结果应满足GB35022-2018格式要求，并提交给

客户进行批准。一旦批准，用于制备测试样的所有机器参数应固定以建立机器基线参数。符合基准参数

的机器合格证明应张贴在显眼位置，且在后续成型中有效直到PBF机器需要新的验证。

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图1拉伸测试空白样和其他测试样在成型平台中的5个位置

7.3.3.1如果客户规范有要求，且拉伸试样在PBF过程中无任何支撑结构，试样的应变段可以无须加

工。

7.3.3.2零件生产者和客户应同意对于证明在具有多种热源的系统中整个成型平台一致性的方法。

7.3.3.3注3：已有成功的方法对不同热源加工的各成型区域的5个试样进行测试。

7.3.3.4指示成型质量的参考零件应作为鉴定程序的一部分进行生产和尺寸测量。参考零件应包含在

每个生产成型周期中。为了测试样本和参考零件的代表性，所有后处理（如有）应与未来的零件保持一

致（例如，热后处理）。

7.3.4在成型过程中基于零件的几何形状或熔池特性，热源功率和扫描速度等关键参数存在动态变化，

这种情况下允许使用与第7章不同的合格鉴定参数。此类偏差应按质量管理体系要求进行记录。当实际

生产的参数与合格鉴定的参数之间存在差异时，按GB/T228.1-2010测试样，其几何形状应在每个成型

周期进行测试。

7.3.5生产者应至少每六个月或在出现以下情况中的任意一种时执行合格鉴定：

7.3.5.1可能影响零件质量的机器或其子系统被移至新位置，包括在现有设施上重新安装。

7.3.5.2对机器进行重新校准或修理以及任何机器零件的修理（激光或电子束、透镜、送料或平台定

位系统）。

7.3.5.3机器软件、操作系统或只读内存的修改、更改、升级或重新安装。

7.3.5.4机器改装成适合不同合金成型（例如，从钛合金到铝合金，或从镍合金到钛合金），这是为

了消除任何交叉污染的风险。

7.3.6在完成合格鉴定后，对独立机器和工艺的合格证明应张贴在机器显眼位置。

7.3.7成型件的热成型过程受成型周期中每一层成型材料面积和熔融时间间隔影响。机器和工艺鉴定

以及零件鉴定（包括每个成型周期的零件数量）需要按7.3.4的要求和客户的特定要求来执行。

8机器操作系统软件的控制

8.1零件生产者应持续记录在零件生产过程中使用的所有软件、CAD文件和零件嵌套布局，具体包括

以下内容：

8.1.1在生产计划中（见第10章）记录的PBF机器操作软件版本。

8.1.2客户提供或批准的CAD文件。

8.1.3应按第12章的规定对客户的CAD文件进行修改，如将客户提供的CAD文件转换成STL和AMF

文件。

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8.1.4PBF机器使用的切片或图层文件。

8.1.5零件嵌套和成型布局的等轴测图（如屏幕截图）的记录。

8.1.6PBF机器成型日志文件。

8.2客户提供的任何其它电子数据、尺寸图纸、工作说明书、PBF机器日志文件或其组合，应予以维

护和保存。一个生产批次中的多次成型周期应记录唯一的生产计划编号。

8.3建议生产控制软件产品按第8章要求实现自动化。

9辅助工具和污染

9.1辅助设备（例如筛子、手动工具、电动工具、粉末存储容器、粉末运输系统和机器传送机构）应

进行清洗和维护，以防不同原材料类型引起的粉尘、异物和交叉污染。

9.2用于PBF机器成型的工具在使用时应格外谨慎以防原材料被污染。成型中使用的任何工具或附件

如刮铲、扳手、真空装置或类似物品应无污染。新粉末或二次粉末不应用聚合物粉末刮刀铺粉。含柑橘

成分的清洁剂或除油剂不应在机器上使用。

10生产计划

10.1零件生产者应具有详细说明PBF加工步骤的生产计划（也称生产运营记录、技术计划流程），并

应至少包含以下内容：

10.1.1按照第7.1条记录所有成型前检查的执行情况。

10.1.1.1根据生产计划要求在零件中添加机加工料。

10.1.1.2成型平台零件嵌套（如屏幕截图）的记录。

10.1.1.3用于评价成型质量或是否符合几何公差的参考零件。

10.1.2PBF机器设置包括机器、其子系统和激光器（如果有）的序列号。

10.1.2.1确保对激光或电子束功率进行测量并将数据记录在生产计划中。不符合7.2.1.1和7.2.1.2

要求的带激光或电子束热源的机器不应进行成型操作。

10.1.2.2在手动装载机上，确保成型平台根据产家建议或安装指南进行安装和调平。对于自动成型平

台加载，确保没有发生错误。

10.1.2.3只有当成型室氧气含量或真空度或两者都满足原材料要求时，才应启动成型。氧气传感器应

放置在能最准确地测量零件床氧气含量的位置。

10.1.3检查原材料是否符合生产计划。

10.1.4成型开始时间、成型运行时间和成型结束时间包括任何冷却时间。

10.1.5所有热处理，包括应力消除、热等静压和热处理。

10.1.5.1热处理可以在移除成型支撑之前或之后、在机械加工之前进行。零件生产者和客户应就任何

额外的热处理达成一致意见。应只有在合格供应商清单上的供应商进行热处理。

10.1.5.2必要时，附着在成型平台的零件应根据原材料要求和生产计划规定进行应力消除。

10.1.6环境温度和湿度（见第11章）。

10.2能量束特性（包括能量束直径和功率）在整个成型中应保持在特定公差范围内。这些特性可以在

机器操作系统软件中进行验证，也可在成型周期结束前或结束后立即进行测量。如果能量束特性不符合

指定要求，所有在此成型室中成型的零件应被拒收。

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10.3在PBF机器成型周期中成型过程的意外中断应视为生产计划中的成型失败。成型失败的所有零件

应拒收。

10.4在成型周期结束时，所有未熔融原料应从PBF机中取出，存储在适当的容器中，并注明为二次原

材料。此操作的偏差应有验证步骤以确保零件质量不受影响。自动化的原材料系统不应在没有提前声明

此类操作不会对零件质量产生不利影响的情况下，将原材料从成型室回收至储粉机构。

10.5如有可能，应根据机器生产商的建议在成型结束后去除粉末。粉末应使用适当工艺清除（如封闭

空间中的压缩气体、刷子或真空吸尘器）。可在生产计划中指定二级操作以从零件内部移除散粉。所有

从封闭空间外收集的散粉（如粉末回收系统）不应重复使用。针对零件几何形状的超声波或声波清洁方

法可在生产计划中指定。

11外部环境控制

11.1PBF机器应在受控环境下运行以防止其他工业处理和粉末生产技术造成的污染。

11.2机器和过筛操作员应穿戴防护装备，包括工作服、手套、发网和防毒面具，以隔绝有机污染物。

11.3温度和湿度应受到控制并记录在生产计划中（第10章）。状态应符合机器产家的建议。

11.4应始终满足机器安装条件。

12数字数据配置控制

12.1零件生产者应具有工程文件配置控制的方法，以确保订购单上正确的文件名称通过PBF加工，必

要时进行最终加工。

12.2零件生产者应进行质量检查以确保收到的工程文件没有在传输过程中被更改或损坏，并且该CAD

文件不包含数学错误（如使用第三方软件包）。辅助PBF工艺的支撑结构不应被视为对原始形式的修改。

12.3如果毛坯零件的原形被客户修改，修改应在允许几何形状检查的工程文件格式中进行（见图2）。

修改后的CAD文件应根据与12.2相同的要求进行验证。

12.4当CAD文件等工程文件被转换成三角形表面以进行PBF成型，表面的三角分割分辨率应大于PBF

机器的分辨率（见7.3.3.3）。

12.5支持PBF成型的所有CAD文件翻译件（包括第8章中的文件）应具有12.1要求的配置控制。

12.6图2显示了数字数据配置控制流程图，即从本地CAD格式转换成STEP文件格式，且AM格式被用

作编程成型的媒介。

注3：具有从本地CAD文件编程成型程序能力的PBF计算机将大大降低配置控制错误的可能性。

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图2数字数据配置控制图

8

T/GAMA××××—2020AA

附录A

（资料性附录）

生产计划模板

_________________________________

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T/GAMA××××—2020

目次

前言...............................................................................III

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................1

4粉末床熔融（PBF）材料的区分...........................