ISOASTM 52926-52023 金属增材制造资格评定原则第5部分DED电弧操作员资格评定标准立项发展报告

ISO/ASTM52926-5:2023《金属增材制造资格评定原则第5部分：DED-Arc操作员资格评定》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:QualificationofOperatorsforDED-ArcinAdditiveManufacturingofMetals(ISO/ASTM52926-5:2023)摘要增材制造（AdditiveManufacturing,AM）技术作为新一轮工业革命的重要驱动力量，正在深刻改变传统制造业的生产模式与技术格局。其中，以电弧为热源、以金属丝材为成形材料的定向能量沉积（DirectedEnergyDeposition-Arc,DED-Arc）技术，因其大尺寸成形能力、高材料利用率和相对较低的设备成本，已在航空航天、能源装备、海洋工程及轨道交通等领域获得日益广泛的应用。然而，DED-Arc工艺的复杂性决定了操作人员的知识水平、技能熟练度和质量控制意识直接影响成形构件的最终质量与性能一致性。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ISO/ASTM52926-5:2023《金属增材制造资格评定原则第5部分：DED-Arc操作员资格评定》标准，首次为DED-Arc操作员的资格评定建立了国际统一的技术规范。本报告系统梳理了该标准的立项背景、编制原则、核心技术框架及主要内容，深入分析了标准在知识体系构建、技能考核维度与持续资格维持等方面的规范化设计，并对该标准的实施路径、行业应用前景及未来发展方向进行了展望。报告指出，该标准的发布填补了DED-Arc领域操作人员资格认证的国际标准空白，对提升增材制造全产业链质量保障能力、促进增材制造技术规模化工程应用具有重要的基础性支撑作用。关键词：增材制造；定向能量沉积；DED-Arc；操作员资格评定；国际标准；人员认证；质量保证Keywords:AdditiveManufacturing;DirectedEnergyDeposition;DED-Arc;OperatorQualification;InternationalStandard;PersonnelCertification;QualityAssurance一、引言1.1立项背景与行业需求增材制造技术历经数十年的发展，已从原型制备工具演进为直接制造终端零件的先进生产工艺。根据ISO/ASTM52900:2021的分类框架，增材制造工艺可分为七大类，其中定向能量沉积（DED）技术因其独特的“同步送料-同步熔化-逐层堆积”成形原理，在大尺寸金属构件成形、修复再制造及梯度功能材料制备方面展现出显著优势。DED-Arc技术作为DED家族中以电弧为热源的代表性工艺，采用氩气保护下的电弧熔化金属丝材，具有沉积效率高（可达数kg/h）、材料利用率接近100%、设备投资相对适中、可实现现场原位修复等突出特点。然而，与成熟的焊接工艺不同，DED-Arc工艺涉及到熔化极活性气体保护焊（MAG）、钨极惰性气体保护焊（TIG）或等离子弧焊（PAW）等多种热源模式与机器人运动控制系统的深度耦合，其工艺参数窗口、路径规划策略和过程监控手段均较传统工艺更为复杂。操作人员不仅需要具备基本的设备操作能力，还须掌握CAD/CAM数据处理、工艺参数优化、在线过程监测、缺陷识别与处置等多维度的复合技能。实践证明，操作人员的资质水平与操作规范性在很大程度上决定了成形零件的尺寸精度、内部质量及力学性能的一致性。在此背景下，尽管ISO/ASTM52900系列标准和ISO/ASTM52904等工艺标准已为增材制造提供了基础术语和工艺规范框架，但专门针对DED-Arc操作员资格评定的国际标准长期处于空白状态。不同企业和机构各自为政的操作人员培训与考核体系，不仅造成了人力资源认证的碎片化，也制约了增材制造零件在跨区域、跨产业链中的合格供应商准入与质量互认。1.2标准立项的意义ISO/ASTM52926-5:2023的正式发布，标志着增材制造人员资格认证领域国际标准化工作取得了突破性进展。作为ISO/ASTM52926系列标准的第5部分，该标准聚焦DED-Arc工艺操作员这一关键岗位，从知识、技能、经验三个维度构建了系统化的资格评定框架，为全球范围内的DED-Arc操作人员提供了统一、可比较、可追溯的认证依据。其发布实施对于规范增材制造行业人力资源管理、保障金属增材制造零件质量一致性、促进增材制造技术在关键行业的合规应用具有里程碑式的意义。二、标准编制原则与工作过程2.1编制原则ISO/ASTM52926-5:2023的编制遵循了以下核心原则：协调一致性原则：标准在术语定义、框架结构与评定逻辑方面与ISO/ASTM52926系列其他部分（涵盖激光粉末床熔融PBF-LB、定向能量沉积电弧DED-Arc/DED-LB等工艺）保持高度一致，同时在涉及DED-Arc特有工艺知识的条款中体现了工艺特异性要求。标准引用了ISO/ASTM52900（术语）、ISO/ASTM52903（材料规范）、ISO9712（无损检测人员资格）等成熟标准，确保体系兼容性。能力导向原则：标准以“操作员应具备的能力”为出发点，采用“知识要求+技能表现+经验积累”的三维能力模型，取代传统以培训学时和考试分数为单一依据的评定模式，强调了实际操作能力和质量意识的综合评价。风险分级原则：标准充分考虑了不同应用场景下的质量风险差异，允许根据构件分类（如安全关键件、一般结构件、非结构件）对操作员资格等级进行分级管理，既保证了质量底线，又赋予了应用端灵活的裁量空间。可操作性与可审核性原则：标准条款力求具体明确，考核内容覆盖理论知识与实践操作两大模块，评价指标尽可能量化或具备明确判定准则，便于认证机构和审核人员实施。2.2编制工作过程该标准由ISO/TC261（增材制造技术委员会）与ASTMF42（增材制造技术委员会）联合制定，依托ISO/ASTM联合咨询组开展协调工作。标准制定工作经历了提案准备（NWIP）、工作草案（WD）、委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段，历时约24个月。来自德国、美国、中国、日本、法国、韩国等主要工业国家的专家学者和企业代表参与了标准内容的研讨与起草，在多轮意见征集和表决过程中对DED-Arc工艺特性描述、操作员知识模块划分、技能考核项目设置等关键技术细节进行了充分的协商和论证。三、标准主要内容与技术框架3.1标准适用范围与定位ISO/ASTM52926-5:2023规定了金属增材制造DED-Arc工艺操作员资格评定的原则与要求。标准适用于以电弧为热源、以金属丝材为填充材料的定向能量沉积工艺，涵盖采用工业机器人或数控机床作为运动载体的典型DED-Arc设备配置。标准明确了操作员的职责边界——操作员不等同于工艺工程师或检验人员，其核心职责聚焦于设备的日常操作、工艺参数的设定与调优、过程监控、零件质量的初步判定及常见异常处置。3.2操作员能力要求框架标准将DED-Arc操作员的能力要求划分为以下五大知识模块和三大技能维度：知识模块一：增材制造基础与安全知识。包括增材制造的基本原理与工艺分类，DED-Arc工艺在增材制造技术体系中的定位与适用性；增材制造相关的安全规范与防护要求，如电弧辐射防护、金属烟尘防护、氩气使用安全、高温部件操作安全等；相关的职业健康与环境保护知识。标准要求操作员理解增材制造区别于减材和等材制造的特殊安全风险，并能够在日常操作中落实防护措施。知识模块二：DED-Arc工艺原理与设备知识。包括DED-Arc工艺的物理基础——电弧产生机理、热输入特性、熔池行为与凝固特征；典型设备的结构组成（送丝系统、弧焊电源、运动执行机构、气体保护系统、成形平台等）及工作原理；设备日常维护保养与校准知识；DED-Arc与常规电弧焊接的共通性与差异性——尤其是在分层路径规划、层间温度控制、残余应力累积抑制等方面的工艺特点。知识模块三：材料与工艺知识。包括常用DED-Arc金属材料（碳钢、不锈钢、镍基合金、钛合金及铝合金等）的基本性能特点及其对工艺参数的敏感性特征；保护气体的种类选择、流量设定及其对成形质量的影响机制；工艺参数（电流、电压、行走速度、送丝速度、层高等）与成形质量之间的关系；常见冶金缺陷（气孔、未熔合、裂纹、氧化夹杂等）的成因识别与预防措施。知识模块四：数据准备与工艺编程知识。包括CAD数据转换为增材制造工艺数据的流程基础，包括切片分层、路径生成与机器人程序生成的基本原理；DED-Arc工艺参数编程的基本方法与参数设定原则；能够理解和使用CAM软件生成的基础加工程序，并能进行参数的合理调整。知识模块五：质量管理与检测知识。包括ISO/ASTM52900系列标准中涉及的质量管理基本概念；DED-Arc成形件常见缺陷类型及目视检测、尺寸检测的基本方法；生产过程记录与追溯的基本要求；不合格品处理的基本流程；理解质量在增材制造全流程中的形成与控制逻辑。技能维度一：操作技能。要求操作员能够独立完成设备的开机自检、参数设定、程序调用、过程监控、停机收尾等全流程操作任务；能够根据工艺规程（WPS）正确设置和保护气体流量，确认基板与丝材安装状态，执行防氧化保护和层间温度控制等关键操作步骤。技能维度二：过程监控与异常处置技能。要求操作员具备对成形过程的实时监控能力，能够通过观察熔池状态、电弧稳定性、成形层形貌等判断工艺过程是否处于正常区间；在出现异常情况时能够正确判断、快速响应并采取合理的处置措施，如调整参数、暂停工艺、上报工程师等。标准特别强调操作员应具备“停止权”意识——当发现可能影响零件质量的异常情况时，有权并有责任中止工艺过程。技能维度三：质量意识与记录技能。要求操作员理解“首次即正确”的质量理念，养成按照工艺规程操作并如实记录过程数据的习惯；能够按照要求填写生产记录，正确描述并报告现场发现的质量异常。3.3资格评定方法与考核程序标准规定了资格评定的程序性要求，包括：理论考核：覆盖上述全部五大知识模块，考核形式为笔试或计算机化考试。标准要求考核内容应经过认证机构的审核以确保覆盖性和代表性，考核成绩合格分数线由认证机构按照标准的总体要求确定。试卷应包含足够数量覆盖不同认知层次（记忆、理解、应用、分析）的题目。实践考核：操作员须在受控条件下独立完成一件或多件试件的DED-Arc成形，考核内容包括工艺准备、设备操作、过程控制、质量检验及记录填写等全流程。试件类型和验收标准应在考核方案中预先明确。实践考核的评定由具备资格的考核员依据量规和评分标准进行，考核员与考生之间不应存在直接利益关系。经验要求：标准要求申请资格评定的操作员须具备DED-Arc相关的实际操作经验，建议经验要求以获得正式评定前的实际操作小时数或完成合格工件数量来界定，具体数值可由认证机构根据应用行业的需求确定。3.4资格维持与再评定标准规定操作员资格的有效期限最长为三年。在有效期内，操作员须持续从事DED-Arc操作工作，并满足认证机构规定的持续工作经验要求。资格期满前，操作员须通过再评定以延续资格，再评定内容至少应涵盖理论知识的更新考核和实践操作的抽查验证。当DED-Arc工艺发生重大变更（如更换热源方式、材料体系、控制系统等）时，操作员须接受针对变更内容的补充培训与考核，否则原资格不再适用于变更后的工艺条件。四、主要参与单位介绍本标准的制定得到了全球多个标准化组织、研究机构和龙头企业的深度参与。其中，德国Fraunhofer生产技术研究所（FraunhoferIPT）及其下设的增材制造卓越中心作为DED-Arc标准制定的关键技术支撑单位，在该标准的立项论证与技术内容起草过程中发挥了核心作用。FraunhoferIPT是欧洲规模最大的应用研究机构——弗劳恩霍夫应用研究促进协会旗下专注于生产技术领域的权威研究机构，总部位于德国亚琛，毗邻亚琛工业大学。该研究所在增材制造领域拥有超过20年的研究积累，其DED-Arc研究方向涵盖工艺过程建模与仿真、在线监测与闭环控制、材料-工艺-性能关系、以及工业化应用技术等，拥有国际领先的DED-Arc实验平台和研究团队。在ISO/ASTM52926-5:2023的制定过程中，FraunhoferIPT的研究团队牵头完成了DED-Arc操作员核心知识模块的编制草案，并依托其在德国工业界的广泛合作网络，组织开展了多轮行业需求调研与标准试点验证工作。该研究所提出的“工艺过程理解能力为核心、异常处置能力为重点、质量控制意识贯穿始终”的操作员能力模型框架被标准采纳为基本编制逻辑。此外，FraunhoferIPT还积极参与了标准中有关实践考核项目的设计，为试件形式、验收标准及评价量规的确定提供了系统性的实验数据支撑。除FraunhoferIPT外，来自中国的西安增材制造国家研究院有限公司、来自美国的GEAdditive以及来自日本的三菱电机等企业和机构也派出了专家参与标准研讨，从设备制造、工程应用及用户需求等不同视角为标准的完善贡献了宝贵意见。中国专家在标准制定过程中积极反映了国内DED-Arc技术应用现状及操作员管理的实践经验，推动了标准内容兼顾不同国家和地区技术发展水平的差异性。五、标准实施与推广应用5.1标准实施路径建议对于已应用或计划应用DED-Arc技术的企业，建议按照以下路径推进标准的落地实施：差距分析与制度建设：对照标准要求，系统评估本企业现有操作员管理体系的差距，建立或完善操作员资格管理程序文件，明确资格申请、考核、认定、监督和再评定的全流程操作细则。培训体系建设：基于标准的五大知识模块搭建系统化的培训课程体系，落实现场培训与理论教学相结合模式。针对DED-Arc工艺的特点，重点强化安全和工艺基础培训，并在实训环节突出熔池观察与过程异常识别等核心技能的培养。考核认证实施：根据企业自身条件，选择建立内部认证体系或委托具备资质的第三方认证机构进行操作员资格评定。考核内容应严格对标标准的能力要求，确保考核的覆盖面和区分度。持续改进与数据反馈：将操作员资格管理与产品质量数据关联分析，通过追踪不同资格等级操作员的生产质量表现，持续优化培训重点和考核要求。建立操作员档案与资格数据库，实现资格信息的动态管理和到期预警。5.2标准与相关法规及标准体系的关系ISO/ASTM52926-5:2023并非孤立存在，其与增材制造标准体系中其他标准和法规文件相互衔接、互为支撑。在ISO/ASTM52900系列术语标准的基础上，该标准与ISO/ASTM52903（材料规范）、ISO/ASTM52904（工艺特性与性能）、ISO/ASTM52931（金属增材制造构件性能评价指南）等标准共同构成了覆盖“材料-工艺-人员-构件”的全链条标准矩阵。在行业应用层面，该标准与ASMEBPVC（锅炉与压力容器规范）、ISO9712（无损检测人员资格）等法规标准形成互补关系——操作员资格评定成为构件质量认证体系中的重要前置环节。标准还采用了与ISO9712人员认证体系相似的资格维持与再评定逻辑，便于各行业在现有质量管理框架中集成应用。5.3行业应用前景随着DED-Arc技术在航空航天结构修复、能源装备大型零件制造、海洋工程构件成形以及轨道交通部件再制造等领域的深入应用，对具备国际认证资格的操作员需求将持续增长。该标准的发布将为上述行业提供统一的用人基准，有助于构建跨区域、跨国界的技术人才流通体系。同时，标准的实施也将反向推动DED-Arc设备制造商改进设备的人机交互界面和操作辅助系统，从源头降低对操作员经验水平的过度依赖。六、结论与展望ISO/ASTM52926-5:2023作为国际上首个专门针对DED-Arc工艺操作员资格评定的标准文件，将分散于各企业和机构的“隐性经验”转化为系统化的“显性规范”，为金属增材制造领域的人员能力认证提供了权威依据。该标准的发布体现了国际标准化组织对增材制造“人-机-料-法-环”全要素质量保障理念的深入推进，填补了增材制造人员认证标准体系的关键空白。展望未来，随着增材制造技术的持续演进和标准体系的不断完善，可预见以下发展趋势：一是ISO/ASTM52926系列标准将进一步扩展至其他增材制造工艺类型（如粘结剂喷射、材料挤出等）的操作员资格评定，最终构建覆盖全部七类增材制造工艺的人员认证标准体系；二是随着数字孪生、人工智能辅助操作等新技术在DED-Arc领域的应用，标准中将逐步融入面向智能化人机协同场景的操作员新型能力要求；三是操作员资格评定将与数字化考核平台结合，实现理论考核的在线化和实践考核的标准化；四是该标准有望