ISOASTM 52926-22023 金属增材制造资格评定原则第2部分PBF-LB操作员资格评定标准立项发展报告

金属增材制造资格评定原则第2部分：PBF-LB操作员资格评定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AdditiveManufacturingofMetals—QualificationPrinciples—Part2:QualificationofOperatorsforPBF-LB摘要随着金属增材制造（MetalAdditiveManufacturing,MAM）技术在航空航天、医疗器械、汽车制造及能源装备等高端领域的规模化应用，激光粉末床熔融（PowderBedFusion–LaserBeam,PBF-LB）作为最主要的金属增材制造工艺之一，其操作人员的专业素质直接决定了成形零件的质量稳定性与生产安全性。然而，长期以来全球范围内缺乏针对PBF-LB操作员资格评定的统一国际标准，各国企业、科研机构及检测认证机构在人员能力认定上各行其是，形成了显著的技术壁垒与质量隐患。在此背景下，国际标准化组织（ISO）与美国材料与试验协会（ASTMInternational）联合技术委员会ISO/TC261与ASTMF42，于2023年11月9日正式发布了ISO/ASTM52926-2:2023《金属增材制造资格评定原则第2部分：PBF-LB操作员资格评定》。该标准作为ISO/ASTM52926系列标准的重要组成部分，系统规定了PBF-LB操作员在理论知识、实践技能、过程控制及安全意识等方面应具备的能力要求，明确了资格评定的条件、方法和程序。本报告对该标准的立项背景、编制历程、核心内容、关键技术指标及其行业影响进行了全面剖析，并对其推广应用前景进行了深入展望。报告指出，该标准的实施将有效统一全球PBF-LB操作员的能力认证体系，为金属增材制造技术的标准化、产业化和国际化发展提供坚实的人才保障。关键词：金属增材制造；激光粉末床熔融；操作员资格评定；国际标准；人员能力认证Keywords:MetalAdditiveManufacturing;LaserPowderBedFusion(PBF-LB);OperatorQualification;InternationalStandard;PersonnelCompetenceCertification一、引言1.1标准立项背景增材制造（AdditiveManufacturing,AM），俗称三维打印，是一种基于离散-堆积原理，依据三维模型数据逐层堆积材料从而制造实体零件的技术。与传统减材制造和等材制造相比，增材制造在复杂结构一体化成形、材料利用率提升、个性化定制及快速原型验证等方面展现出无可比拟的优势。近年来，随着高功率激光器、高精度运动控制系统及高性能金属粉末材料的持续突破，金属增材制造已从实验室研究阶段迈入工业化批量生产阶段。在众多金属增材制造工艺中，激光粉末床熔融（PBF-LB）技术凭借其成形精度高、表面质量好、可加工材料范围广（涵盖钛合金、镍基高温合金、铝合金、不锈钢、钴铬合金及难熔金属等）以及力学性能优异等突出特点，成为目前应用最为广泛、技术成熟度最高的金属增材制造工艺。根据SmarTechAnalysis市场研究报告，2023年全球金属增材制造市场规模已达约45亿美元，其中PBF-LB设备销售额占比超过60%。然而，与设备硬件和工艺软件的飞速发展形成鲜明对比的是，PBF-LB操作人员的标准化培训与资格评定体系严重滞后。PBF-LB设备操作涉及粉末处理、工艺参数设置、惰性气体保护、过程监控、后处理及设备维护等多个复杂环节，操作人员的知识水平、技能熟练度和安全意识直接影响到零件质量的一致性、设备运行的安全性和生产过程的可靠性。在航空航天和医疗植入物等安全关键领域，因操作不当导致的零件缺陷甚至可能引发灾难性后果。在此背景下，国际标准化组织增材制造技术委员会（ISO/TC261）与美国材料与试验协会增材制造技术委员会（ASTMF42）决定联合制定一项针对PBF-LB操作员资格评定的国际标准，以填补该领域的人员能力认证空白。1.2标准立项依据与政策背景本标准立项的依据主要来源于以下几个方面。其一，ISO/ASTM52900:2021《增材制造通则术语》和ISO/ASTM52901:2017《增材制造通则零件采购》等基础标准已为增材制造行业构建了统一的术语体系和采购规范框架，为推动人员资格评定的标准化工作奠定了语言和概念基础。其二，国际标准化组织管理体系标准的高层架构（High-LevelStructure,HLS）为人员能力要求标准的制定提供了方法论指导——ISO9001:2015《质量管理体系要求》第7.2条款明确要求组织应确保在其控制下工作的人员具备适当的教育、培训或经验，这一原则在增材制造这一高技术领域尤为关键。其三，美国机械工程师协会（ASME）在锅炉与压力容器规范（BPVC）中推行的焊工资格评定体系以及国际焊接学会（IIW）在焊接人员认证方面的成熟经验，为增材制造操作员这一“新型制造工匠”的资格评定提供了可借鉴的制度框架。其四，中国、德国、美国、日本等主要增材制造大国近年来纷纷出台增材制造产业发展规划，将增材制造人才培养和标准化体系建设列为重点任务，如中国工业和信息化部等六部门联合印发的《增材制造产业发展行动计划》明确提出要加强增材制造人才队伍建设和标准体系建设。这些政策文件和制度实践共同构成了制定PBF-LB操作员资格评定国际标准的坚实基础，促使ISO/TC261和ASTMF42将这一议题纳入优先工作议程。1.3标准的战略意义ISO/ASTM52926-2:2023的发布具有多层面的战略意义。从产业层面来看，该标准的实施将建立全球统一的PBF-LB操作员能力认证体系，打破各国在人员资质互认上的壁垒，促进增材制造技术和人才的跨国流动，推动全球增材制造产业链的深度融合与协同发展。从技术层面来看，操作员资格评定的标准化将有效降低因人为操作失误导致的零件质量波动，提高增材制造零件的一致性和可靠性，为增材制造技术在安全关键领域的更广泛应用创造条件。从社会层面来看，该标准为增材制造从业人员提供了清晰的职业发展路径和能力提升方向，有助于吸引更多优秀人才投身增材制造行业，缓解当前行业面临的技能人才短缺问题。二、标准编制过程2.1标准编制阶段ISO/ASTM52926-2:2023的编制过程严格遵循了ISO和ASTM国际标准制定的程序规范，主要经历了以下阶段：提案准备阶段（2019年—2020年）：2019年下半年，ISO/TC261在德国柏林召开全体会议期间，由德国标准化协会（DIN）代表团联合美国、日本等国家的专家提出了制定PBF-LB操作员资格评定国际标准的提案。提案指出，尽管ISO/ASTM52900系列标准已对增材制造工艺、术语、材料和测试方法进行了规范，但人员操作能力的标准化认证仍属空白，亟需补充。2020年初，经ISO/TC261和ASTMF42联合工作组（JWG）充分讨论后，提案获正式批准立项，标准编号确定为ISO/ASTM52926-2，归属于新增的ISO/ASTM52926（金属增材制造资格评定原则）系列标准框架。工作组草案阶段（2020年—2021年）：项目立项后，ISO/TC261成立了专门的起草工作组，由德国专家担任项目负责人（ProjectLeader），工作组成员包括来自美国、中国、日本、法国、英国、韩国、加拿大等主要增材制造国家的技术专家，涉及设备制造企业、材料供应商、用户单位、检测机构、科研院所及认证机构等多方代表。工作组先后召开了多次线下和线上会议，围绕标准适用范围、操作员分类、能力要求、评定方法等核心议题进行了深入研讨。经过六轮工作组草案（WD）修改，2021年中期形成了委员会草案（CD）。委员会草案和DIS阶段（2021年—2022年）：委员会草案经ISO/TC261成员体投票后，工作组根据各国家成员体提出的数百条修改意见对草案进行了系统性的修改和完善。2022年上半年，草案进入国际标准草案（DIS）阶段，面向全球ISO成员体公开征求意见。在DIS投票过程中，各成员体共提出了一百多条技术性修改意见，工作组逐条进行研究并给出处理结论，最终形成了最终国际标准草案（FDIS）。发布阶段（2023年）：2023年初，最终国际标准草案（FDIS）在ISO/TC261成员体中进行最终投票，获得高票通过。2023年11月9日，ISO与ASTMInternational正式联合发布ISO/ASTM52926-2:2023，标准状态为现行。2.2与相关标准的关系ISO/ASTM52926-2:2023是ISO/ASTM52926系列标准的第2部分。该系列标准针对金属增材制造资格评定原则进行了系统化设计，包含以下组成部分：-ISO/ASTM52926-1:2023：金属增材制造资格评定原则第1部分：总则-ISO/ASTM52926-2:2023：金属增材制造资格评定原则第2部分：PBF-LB操作员资格评定-ISO/ASTM52926-3:2023：金属增材制造资格评定原则第3部分：DED-Arc操作员资格评定-ISO/ASTM52926-4:2023：金属增材制造资格评定原则第4部分：DED-LB操作员资格评定-ISO/ASTM52926-5:2023：金属增材制造资格评定原则第5部分：DED-Arc（基于丝材）操作员资格评定本系列标准的第1部分规定了金属增材制造人员资格评定的通用框架和基本原则，包括评定目标、评定原则、评定机构和人员分级等通用要求。第2至第5部分则分别在通用框架基础上，针对不同具体工艺（PBF-LB、DED-Arc、DED-LB等）的操作特点和技术要求，细化了各工艺操作员的专项能力要求与评定方法。这种“通用+专项”的标准结构设计既保证了系列标准的整体协调性和统一性，又兼顾了不同工艺的特殊技术要求，形成了层次分明、逻辑严密的有机整体。此外，本系列标准还参考和引用了ISO/ASTM52900（术语）、ISO/ASTM52901（零件采购）、ISO/ASTM52902（测试件）、ISO/ASTM52903（材料）、ISO/ASTM52904（热处理）等基础性标准，以及ISO9001（质量管理体系）和ISO/IEC17024（人员认证机构通用要求）等通用性标准，构建起了完整的标准引用网络。三、标准核心内容解读3.1标准适用范围与核心术语ISO/ASTM52926-2:2023明确规定其适用范围为“从事金属材料激光粉末床熔融（PBF-LB）设备操作的人员的资格评定活动”。该标准适用于所有类型的PBF-LB设备，包括不同激光器配置（单激光或多激光）、不同成形尺寸及不同材料体系的设备。标准的适用对象涵盖从设备操作、工艺参数设置到生产过程监控和质量控制等各环节的操作人员。标准在第3章界定了与其相关的核心术语和定义，主要包括：-操作员（operator）：经过培训并获授权执行PBF-LB设备操作任务的人员；-资格（qualification）：证明某人员具备执行特定任务所需的知识、技能和能力的过程及其结果；-能力（competence）：运用知识和技能完成预期任务的能力；-资格评定（qualificationassessment）：对操作员的教育背景、培训经历、理论知识和实践技能进行系统性评价的过程；-再认证（recertification）：在资格有效期届满时对操作员进行的重新评定过程。标准还引用了ISO/ASTM52900:2021中的相关工艺术语，如“粉末床熔融（PBF）”“激光粉末床熔融（PBF-LB）”“建造体积（buildvolume）”“建造层厚（buildlayerthickness）”等，确保了术语体系的统一性和一致性。3.2操作员分级与能力要求本标准将PBF-LB操作员分为两个等级，根据不同等级规定差异化的能力要求，这一分级设计充分考虑了企业内部岗位设置的实际需求：Ⅰ级操作员（OperatorLevelⅠ）：即基础操作员，是指能够在受控条件下独立操作PBF-LB设备并执行标准化生产任务的人员。Ⅰ级操作员的能力要求包括：理解PBF-LB的基本原理和工艺流程；能够按照标准操作规程（SOP）完成设备开关机、粉末充填与回收、基板安装与调平、构建文件导入等基本操作任务；具备识别零件成形质量异常的基础能力（如翘曲、球化、裂纹等缺陷的目视识别）；了解粉末安全处理规范和常用金属粉末的火灾、爆炸危险性；能够执行基本设备日常维护和记录填写等工作。Ⅱ级操作员（OperatorLevelⅡ）：即高级操作员，是指在具备Ⅰ级操作员全部能力基础上，能够独立进行工艺参数优化、复杂任务处理和过程异常诊断与处置的人员。Ⅱ级操作员的能力要求进一步包括：深入理解PBF-LB工艺参数（激光功率、扫描速度、扫描间距、层厚等）对零件质量和微观组织的影响机制；能够根据零件特征和材料特性进行工艺参数的合理调整与优化；具备处理粉末供给系统故障、光学系统污染、保护气氛异常等典型设备故障的能力；能够对成形过程监控数据（如熔池信号、铺粉质量图像等）进行分析和判断；具备指导Ⅰ级操作员工作的能力，并对生产过程的工艺质量负责。3.3培训要求标准对操作员的培训提出了系统性要求，强调培训内容应覆盖理论知识和实践操作两个维度。在理论知识培训方面，培训内容应至少涵盖：增材制造基础知识（包括与传统制造方法的区别、典型增材制造工艺分类及原理）；PBF-LB工艺原理（包括粉末铺展与压实机理、激光-粉末相互作用、熔池形成与凝固行为、热应力产生与变形机理等）；设备结构与工作原理（包括激光系统、扫描振镜系统、铺粉系统、气氛保护系统、加热系统的结构与功能）；材料科学基础知识（包括金属粉末的制备方法、粉末性能参数及其对成形质量的影响、粉末的存储与处理规范）；工艺参数及其影响（包括激光功率、扫描速度、扫描间距、层厚、预热温度、气氛氧含量等参数的作用及调节原则）；质量保证与检验方法（包括无损检测方法、致密度测试、力学性能测试和微观组织分析等）；安全知识（包括激光安全等级与防护措施、金属粉尘爆炸预防、惰性气体窒息预防、高温烫伤防护及应急处理程序）。在实践操作培训方面，培训内容应至少包括：粉末前处理操作（包括粉末干燥、筛分、称量及装填）；设备准备操作（包括基板安装、调平与预热）；构建文件导入与工艺参数设置；成形过程监控（包括实时监控参数记录和异常情况处理）；成形件取出与粉末清理；后处理操作（包括热处理、支撑去除、表面处理等）；设备日常维护保养（包括刮刀更换、滤芯更换、光学窗口清洁等）；设备常见故障的识别与报告。3.4资格评定方法与程序标准规定，操作员资格评定应包含理论考试和实际操作考核两个必须环节，且两个环节均合格后方可认定为通过资格评定。理论考试应采用闭卷笔试或计算机化考试方式进行，试题内容应覆盖标准规定的基础知识和专业知识全部范围。考试命题应注重考察操作员对工艺原理的理解、对标准操作规程的掌握以及分析解决实际问题的能力。理论考试由独立于培训实施方的具有相应资质的机构或人员组织进行。实际操作考核应在经认定的PBF-LB设备上进行，由具有丰富经验的考核评估员（Assessor）现场评分。考核内容包括但不限于：操作前的准备（粉末处理、基板安装、设备检查）；工艺参数的设置与确认；铺粉质量的判断与调整；成形过程中对关键工艺参数和熔池信号的监控；成形件取出和清粉操作；设备日常维护操作等。考核过程中，评估员将依据预先设计好的评分量表逐项评分，并对操作员的规范性、安全意识和应急处理能力进行综合评价。3.5资格有效期与再认证标准规定，操作员资格评定合格后，其资格有效期为3年。在有效期内，操作员应持续从事PBF-LB设备操作工作，并满足规定的继续培训学时要求（如每年不少于一定的培训时间，具体由评定机构规定）。在以下情况下，应提前进行再认证：操作员连续中断PBF-LB设备操作超过6个月；操作员所在单位更换了设备类型或材料体系，且与原有资格认定的范围有显著差异；发生与操作员操作直接相关的重大质量或安全事故；标准、技术规范或操作规程发生重大修订。再认证的程序可以适当简化，但至少应包含理论知识的重新考核和实际操作的