ISOASTM 52926-42023 金属增材制造资格评定原则第4部分DED-LB操作员资格评定标准立项发展报告

金属增材制造资格评定原则第4部分：DED-LB操作员资格评定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:AdditiveManufacturingofMetals—QualificationPrinciples—Part4:QualificationofOperatorsforDED-LB摘要随着金属增材制造（MetalAdditiveManufacturing,MAM）技术在航空航天、能源、医疗及汽车等高端制造业中的广泛应用，该技术的标准化需求日益迫切。操作人员的能力水平直接影响增材制造产品质量的一致性与可靠性，而激光定向能量沉积（DirectedEnergyDeposition-LaserBeam,DED-LB）技术因其独特的热物理过程与工艺复杂性，对操作人员提出了更为严格的专业要求。然而，长期以来全球范围内缺乏统一的DED-LB操作员资格评定国际标准，导致人员能力认证标准不一、质量保障体系不健全、行业间人才流动障碍突出。在此背景下，国际标准化组织（ISO）与美国材料与试验协会（ASTMInternational）联合发布了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》标准。该标准首次为DED-LB技术方向的操作员资格评定提供了国际统一的技术框架，明确了操作员的知识体系、技能要求及评定程序，填补了该领域国际标准的空白。本报告系统分析了该标准的立项背景、技术内容、修订单位、应用价值及未来发展趋势，为相关企业和机构理解和应用该标准提供参考。关键词：金属增材制造；资格评定；定向能量沉积；操作员认证；国际标准；激光技术Keywords:MetalAdditiveManufacturing;QualificationPrinciples;DirectedEnergyDeposition;OperatorCertification;InternationalStandards;LaserTechnology1引言增材制造（AdditiveManufacturing,AM），又称三维打印，是一种基于离散-堆积原理，依据三维模型数据逐层累加材料制造实体零件的技术。与传统减材制造和等材制造相比，增材制造具有设计自由度大、材料利用率高、定制化能力强、制造周期短等突出优势，正在深刻改变制造业的生产模式与产业形态。在众多金属增材制造技术路线中，定向能量沉积（DirectedEnergyDeposition,DED）技术是一类重要的技术分支。该技术利用聚焦热能（激光、电子束或等离子弧）在沉积区域形成熔池，同时将金属粉末或金属丝材同步送入熔池，通过逐层熔覆沉积的方式制造或修复金属零件。根据热源类型的不同，DED技术可细分为激光定向能量沉积（DED-LB）、电子束定向能量沉积（DED-EB）和电弧定向能量沉积（DED-ARC）等子类。其中，DED-LB技术凭借其能量密度高、热输入可控性好、成形精度较高、适用材料范围广等优势，在大尺寸金属零件直接制造、高性能零件修复及功能梯度材料制备等领域展现出广阔的应用前景。然而，DED-LB工艺涉及激光与材料相互作用的复杂热物理过程，工艺参数众多且耦合关系复杂，操作人员需同时掌握激光安全规范、数控编程、材料科学、过程监控及质量控制等多学科知识与技能。操作人员的专业素养和操作经验直接决定了成形零件的质量稳定性与一致性。在此背景下，建立系统化、规范化的操作员资格评定标准，已经成为保障DED-LB技术应用质量与推动行业健康发展的关键基础性工作。2标准立项背景与必要性分析2.1国际标准化环境与政策背景增材制造标准化一直是国际标准化组织（ISO）和美国材料与试验协会（ASTMInternational）等国际标准化机构重点关注的工作领域。2011年，ASTMInternational成立了专门的增材制造技术委员会（ASTMF42）；2016年，ISO亦成立了增材制造标准化技术委员会（ISO/TC261）。此后，两大机构建立了战略合作伙伴关系，签署了合作协议，共同制定增材制造领域的国际标准，并统一纳入“ISO/ASTM5xxxx”系列标准编号体系。这一合作框架为增材制造领域国际标准的高效研制提供了制度保障。截至2024年，ISO/TC261和ASTMF42已联合制定并发布了涵盖增材制造术语、设计指南、材料规范、试验方法、文件格式及资格评定等多个方面的国际标准。其中，资格评定系列标准是保障增材制造产品质量和应用安全的核心标准群组。按照ISO/TC261和ASTMF42的规划框架，增材制造资格评定系列标准涵盖三个维度：设备资格评定（MachineQualification）、材料资格评定（MaterialQualification）和人员资格评定（PersonnelQualification）。需要特别指出的是，人员资格评定是增材制造质量保障体系中至关重要却长期未得到充分关注的环节。大量工程实践和质量案例表明，即便在设备性能稳定、材料批次一致的条件下，不同操作员操作同一设备所生产的零件质量仍可能存在显著差异。操作员对工艺参数的理解深度、对过程异常的判断能力及应急处置水平，往往直接决定产品质量的波动范围。因此，建立科学合理的操作员资格评定标准，是完善增材制造全链条质量控制体系的重要举措。2.2DED-LB技术发展与人员能力需求的迫切性从技术发展层面来看，DED-LB技术近年来在多个高端制造领域取得了快速推广应用。在航空航天领域，DED-LB技术被用于大型钛合金结构件的直接制造与高价值零部件（如发动机叶片、整体叶盘等）的修复再制造；在能源领域，该技术被应用于核电站关键部件的原位修复；在模具制造领域，DED-LB技术实现了模具型腔的高精度修复与表面强化。然而，随着DED-LB技术从实验室研究走向工业化批量应用，操作人员能力参差不齐的问题日益凸显。一方面，DED-LB工艺涉及激光功率、扫描速度、送粉速率、载气流量、离焦量、搭接率、层厚等多个关键工艺参数，各参数之间存在复杂的交互作用，操作人员需要具备系统的理论知识和丰富的实践经才能合理设定工艺参数并进行过程优化。另一方面，DED-LB成形过程中可能出现的气孔、裂纹、变形、未熔合等典型缺陷，需要操作人员能通过在线监测信号（如熔池温度、光信号、声信号等）及时识别异常并采取有效的纠正措施。当前，各国在DED-LB操作员能力认证方面缺乏统一的评价依据和考核体系。企业在招聘和培训DED-LB操作人员时面临标准缺失的困境，行业间操作人员的能力水平难以横向比较，操作员在不同企业之间流动时需要重复认证，这些均增加了行业运行成本，也制约了DED-LB技术的大规模产业化推广。国际社会亟需统一规范的DED-LB操作员资格评定标准。2.3现有标准体系的不足在ISO/ASTM52926-4:2023发布之前，增材制造领域人员资格评定相关标准几乎处于空白状态。国际上仅存在针对传统焊接操作人员的资格评定标准（如ISO9606系列），但其知识体系和技能要求与增材制造工艺存在本质差异，无法直接适用。ISO/ASTM52900对增材制造术语进行了统一定义，但并未涉及人员能力评定。这一标准化空白使得各企业在操作员培训和认证过程中各自为政、标准不一，严重削弱了操作员能力评价的权威性与可比性。ISO/ASTM52926系列标准正是在这一背景下应运而生。该系列标准按照“通用要求+特定工艺分则”的架构进行规划，其中ISO/ASTM52926-1规定了金属增材制造操作员资格评定的通用原则与要求，而52926-2至52926-5则分别针对定向能量沉积-电子束（DED-EB）、定向能量沉积-电弧（DED-ARC）、定向能量沉积-激光（DED-LB）以及粉末床熔融-激光（PBF-LB）等具体技术方向的特殊要求进行了细化。本报告所关注的ISO/ASTM52926-4:2023正是该系列标准中针对DED-LB技术方向的操作员资格评定分则。3标准主要内容解析3.1标准适用范围与定位ISO/ASTM52926-4:2023规定了金属材料激光定向能量沉积（DED-LB）增材制造操作人员的资格评定要求，适用于采用激光作为热源、以金属粉末或金属丝材为填充材料、在开放或封闭环境下进行零件制造和修复的操作人员。该标准确立了操作员应具备的知识体系、技能水平和评定方法，为工业企业、培训机构及认证机构提供了统一的技术依据。该标准在定位上属于人员资格评定标准，其重点关注的是操作人员“人”的能力因素，不同于设备鉴定（如ISO/ASTM52925）和工艺验证（如ISO/ASTM52904）等面向“物”和“过程”的标准。标准的设计思路是以操作员为核心，通过系统的知识考核和实操评估，确保操作员具备安全、独立操作DED-LB设备、保障产品质量一致性的综合能力。3.2操作员等级分类参考国际上通行的人员资格认证分层原则，标准将DED-LB操作员划分为不同等级，各级别要求的知识深度和技能广度逐级提升。一般而言，标准框架涵盖以下等级：-初级操作员（Level1）：具备基本的安全操作知识和规范的设备操作技能，能够按照既定的工艺规程执行标准化的生产任务，理解基本工艺参数的意义，能识别常见的过程异常。-高级操作员（Level2）：在初级操作员的基础之上，进一步掌握工艺参数优化、缺陷分析与质量判定等能力，能够独立编制和调整工艺参数文件，具备处理和解决常见工艺质量问题的能力。-专家级操作员（Level3）：具备系统全面的专业知识，掌握复杂零件工艺开发与优化能力，能主导新材料工艺探索与参数窗口研究，具备技术指导和质量审核的综合能力。这样的等级划分设计，既为企业根据自身技术需求灵活选择合适级别的操作员提供了选项，也为操作员建立了清晰的职业发展通道，有利于推动增材制造行业人才队伍建设。3.3知识与技能要求标准对DED-LB操作员的知识体系提出了系统性的要求，涵盖以下几个方面：(1)基础理论知识-增材制造基本原理与工艺分类；-DED-LB的工艺原理、热物理过程及冶金行为；-激光与材料相互作用的机理基础；-金属材料基础知识，包括常用DED-LB用金属粉末和丝材的种类、特性及冶金特性；-金相学基础、材料缺陷类型及成因分析。(2)设备结构、操作与维护知识-DED-LB设备的系统组成与工作原理，包括激光器系统、光束传输系统、送粉系统、运动系统、气氛保护系统及监测系统等；-设备的操作规程、开机与停机流程、日常维护保养要求；-设备常见故障识别与排查方法；-设备精度校准和参数校验方法。(3)工艺知识-关键工艺参数（激光功率、光斑直径、扫描速度、送粉速率、载气流量、Z轴增量、搭接率等）的定义及其对成形质量的影响规律；-工艺参数间的交互关系和协同优化原则；-金属粉末或丝材的存储、干燥、输送及回收处理规范；-DED-LB常见的质量问题类型（气孔、裂纹、未熔合、球化、变形等）及影响因素。(4)质量管理与安全知识-ISO/ASTM52900系列标准体系框架；-增材制造质量管理体系要求；-激光安全知识，包括激光器安全等级、激光防护要求、操作区域安全规范；-金属粉末安全知识，包括粉末的易燃性、粉尘爆炸预防、有害气体防护；-职业健康与安全法规要求；-零部件质量检验方法（尺寸检测、无损检测、力学性能测试等）。3.4资格评定方法与考核要求标准规定了DED-LB操作员资格评定的方法和考核要求，主要包括理论考核和实际操作考核两个环节：理论考核要求覆盖标准规定的全部知识点，考核形式可为笔试或计算机化测试，通过分数线由认证机构设定，但通常要求不低于总分的70%。理论考核旨在检验操作员对DED-LB工艺知识的系统掌握程度和理论素养水平。实际操作考核是资格评定的核心环节，包括以下要求：-在规定时间内独立完成指定的DED-LB工艺任务；-包含试件制备：依据标准规定制备工艺考核试件，试件的几何形状和尺寸应能覆盖基础操作和中等复杂程度操作内容，且包含修复和成形两种典型应用场景；-包含工艺参数编制：操作员需独立完成从三维模型数据到工艺参数设置的整个过程；-包含过程记录：如实记录工艺过程参数和操作情况；-试件检验：按照规定的检验方法和验收标准（如几何尺寸、表面质量、内部缺陷检测等）对试件进行质量检验，判定合格与否。3.5资格评定文件与记录要求标准还明确了资格评定过程中应形成的文件和记录要求，包括：-资格评定申请表，记录操作员基本信息、教育背景、培训经历及工作经历；-培训记录，包括理论培训和实践培训的课程内容、学时安排及考核成绩；-理论考核试卷和成绩记录；-实际操作考核记录，包括试件编号、工艺参数记录、过程监测数据；-试件检验报告，包括尺寸检测、无损检测及力学性能测试报告；-资格评定结论和认证证书。通过规范化的文件和记录管理，确保操作员资格评定的可追溯性和公正性，也为企业质量管理体系的运行提供有效支持。4主要起草单位介绍——ISO/TC261增材制造标准化技术委员会ISO/ASTM52926-4:2023由国际标准化组织增材制造标准化技术委员会（ISO/TC261）与美国材料与试验协会增材制造技术委员会（ASTMF42）联合研制，经各自成员国投票通过后正式发布。4.1ISO/TC261概况ISO/TC261（AdditiveManufacturing）成立于2011年，是ISO框架下专门负责增材制造领域国际标准研制的技术委员会，秘书处由德国标准化协会（DIN）承担。截至2025年初，ISO/TC261共有正式参与成员（P成员）29个，观察成员（O成员）13个，覆盖全球主要工业国家和地区。委员会下设战略咨询组（SAG）、工作组（WG）及联合协调组等多个组织机构。其中，负责人员资格评定相关标准研制的为WG4（Qualification/Validation工作组）。ISO/TC261与ASTMF42实行“联合制定”机制，即两个委员会共同组建联合规划小组（JointPlanningGroup,JPG），共同确定标准研制需求和优先序，实行统一的编号体系和标准制定时间表。截至2024年底，ISO/TC261已发布和正在制定的标准项目超过80项，形成了覆盖设计、材料、工艺、设备、质量控制、人员资质及安全等全方位的标准体系。4.2中国参与情况中国是ISO/TC261的正式参与成员（P成员），全国增材制造标准化技术委员会（SAC/TC562）作为国内对口技术委员会，组织国内专家深度参与包括ISO/ASTM52926系列在内的多项增材制造国际标准的研制工作。在DED-LB操作员资格评定标准的研制过程中，中国专家积极贡献了在DED-LB工艺研究及实际工程应用方面的经验，参与了标准框架讨论、技术内容审校及各阶段草案投票等工作，为标准的科学性和国际适用性提供了有力支撑。5标准应用价值与影响分析5.1行业应用价值ISO/ASTM52926-4:2023的发布和实施具有多方面的重大应用价值：（1）统一了DED-LB操作员能力评价的技术依据。该标准为全球各国、各行业提供了一套科学、公正、可操作的操作员能力评价准则，有助于消除不同企业之间、不同国家之间在人员能力认证方面的壁垒，推动操作员资格的跨区域互认。（2）提升了增材制造产品的质量一致性和可靠性。通过系统化的操作员资格评定，确保操作人员达到统一的知识和技能门槛，从根本上降低因人为操作失误导致的质量波动，提高增材制造零件的批产一致性。（3）为企业人力资源管理提供了支撑工具。企业可参照标准要求，科学制定操作员招聘、培训、考核和晋升制度，建立规范的增材制造人才梯队，降低人员流动带来的技术风险。（4）为增材制造专业教育和职业培训提供了课程开发依据。标准明确的知识体系和能力要求可作为高等院校、职业院校及社会培训机构开发课程和设置教学内容的重要参考框架。（5）促进了安全的操作实践。标准将激光安全和粉末安全等知识要求纳入操作员必备能力范畴，有助于降低因操作不当引发的安全事故风险，保障从业人员职业健康与安全。5.2