激光粉末床熔融鋁合金及其復(fù)合材料制件技術(shù)規(guī)范發(fā)展報告EnglishTitle:DevelopmentReportonTechnicalSpecificationsforLaserPowderBedFusionofAluminumAlloyandCompositeMaterialComponents摘要本報告系統(tǒng)闡述了《激光粉末床熔融鋁合金及其復(fù)合材料制件技術(shù)規(guī)范》國家標準的立項背景、目的意義、適用范圍及主要技術(shù)內(nèi)容。鋁合金作為最重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造等高端裝備領(lǐng)域具有不可替代的作用。激光粉末床熔融技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化成形，顯著提高材料利用率，已成為替代傳統(tǒng)制造技術(shù)的重要方法。本標準的制定將填補國內(nèi)在該領(lǐng)域標準空白，規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量要求和技術(shù)指標，推動增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。報告詳細分析了標準制定的必要性和可行性，明確了標準適用范圍和技術(shù)要求體系，并對全國增材制造標準化技術(shù)委員會（SAC/TC562）的組織架構(gòu)和工作成果進行了重點介紹。本標準的實施將對提升我國增材制造技術(shù)水平、促進產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。關(guān)鍵詞：增材制造；激光粉末床熔融；鋁合金；鋁基復(fù)合材料；技術(shù)規(guī)范；標準化Keywords:AdditiveManufacturing;LaserPowderBedFusion;AluminumAlloy;AluminumMatrixComposites;TechnicalSpecification;Standardization正文一、立項目的與意義1.1必要性分析鋁合金作為最重要的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、高鐵、船舶、機械制造等行業(yè)得到大規(guī)模應(yīng)用。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，鋁合金已成為用量僅次于鋼鐵的第二大金屬材料，年消費量超過6000萬噸。鋁合金材料具有優(yōu)異的綜合性能，包括良好的加工性能、抗氧化性能、耐腐蝕性能、優(yōu)異的導熱導電性能，以及輕質(zhì)量、高強度的特點。通過合金元素的強化作用，可以制備出強韌性匹配的高性能合金。當前鋁合金產(chǎn)品呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化、性能復(fù)合化的發(fā)展趨勢，這已成為提高鋁合金強韌性和擴大應(yīng)用范圍的重要途徑。激光粉末床熔融技術(shù)（LaserPowderBedFusion,LPBF）作為金屬增材制造中使用最廣泛的技術(shù)，能夠直接成形高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，實現(xiàn)復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的制造，完成輕量化一體結(jié)構(gòu)制造，且材料利用率可達95%以上。因此，激光粉末床熔融增材制造鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件的生產(chǎn)技術(shù)已成為替代傳統(tǒng)加工技術(shù)制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的必然選擇。航空航天、汽車制造、模具等行業(yè)正在大量應(yīng)用鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件產(chǎn)品，市場需求持續(xù)增長。然而，我國尚未對激光粉末床熔融增材制造鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件制定相關(guān)國家標準和行業(yè)標準，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)要求和檢驗驗收規(guī)范。這種標準缺失狀態(tài)導致產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，制約了行業(yè)健康發(fā)展。制定專門的技術(shù)規(guī)范標準，將加快鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件增材制造的研發(fā)和生產(chǎn)進程，引導和規(guī)范產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢測驗收，滿足不同行業(yè)的需求，對推動增材制造技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。1.2可行性分析近年來，全球增材制造行業(yè)呈現(xiàn)快速增長趨勢。據(jù)WohlersReport2021數(shù)據(jù)顯示，2020年全球增材制造總體市場規(guī)模達到127.58億美元，同比增長7.5%。各國政府紛紛將增材制造作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展新的增長點加以培育和支持，積極搶占未來科技產(chǎn)業(yè)制高點。作為增材制造的重要技術(shù)，激光粉末床熔融技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益普及，已能夠制造具有復(fù)雜形狀、多材料組合、輕量化、功能梯度特征的金屬零件。國內(nèi)已涌現(xiàn)出鉑力特、廣東漢邦激光科技有限公司、永年激光、金石三維、數(shù)造科技、易加三維、西帝摩等在國際上具有影響力的優(yōu)秀企業(yè)，形成了完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。我國高度重視增材制造技術(shù)和標準化工作，出臺了一系列重要舉措。一方面，為解決增材制造作為新興領(lǐng)域的標準布局問題，實施新產(chǎn)業(yè)標準領(lǐng)航工程，國家標準化管理委員會、工業(yè)和信息化部、科技部等六部門聯(lián)合發(fā)布《增材制造標準領(lǐng)航行動計劃（2020-2022年）》，系統(tǒng)謀劃和全面推進增材制造標準化工作；另一方面，推動我國成為ISO/TC261的P成員國，成立全國增材制造標準化技術(shù)委員會（SAC/TC562）以及測試方法分技術(shù)委員會和多個工作組。在標準預(yù)研階段，全國增材制造標委會已組織漢邦科技、廣東省科學院新材料研究所、南京航空航天大學、北京機科國創(chuàng)輕量化科學研究院、華南理工大學、廣東工業(yè)大學、上海交通大學等單位，制定了中關(guān)村標準化協(xié)會團體標準"增材制造鋁合金激光粉末床熔融工藝規(guī)范"，目前已完成報批。本次提出的國家標準內(nèi)容是在團體標準基礎(chǔ)上的優(yōu)化完善，增加了具有發(fā)展前景的鋁基復(fù)合材料制件的相關(guān)內(nèi)容，使標準體系更加齊全、內(nèi)容更加充實、覆蓋面更廣。因此，本國家標準的制定內(nèi)容可行，制訂周期可保證。二、標準適用范圍和主要技術(shù)內(nèi)容2.1標準適用范圍本標準適用于激光粉末床熔融成形鋁合金制件和鋁基復(fù)合材料制件的生產(chǎn)、檢測及驗收交付全過程。標準覆蓋了從原材料準備、工藝過程控制到最終產(chǎn)品檢驗的全產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，為生產(chǎn)企業(yè)、使用單位和檢測機構(gòu)提供了統(tǒng)一的技術(shù)依據(jù)。2.2標準主要內(nèi)容本標準的主要技術(shù)內(nèi)容涵蓋鋁合金及鋁基復(fù)合材料激光粉末床熔融增材制造的技術(shù)要求、檢驗方法、質(zhì)量驗證以及交付、包裝和運輸?shù)确矫?，形成了完整的技術(shù)規(guī)范體系。2.2.1技術(shù)要求與檢驗方法粉末材料要求：依據(jù)增材制造鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件行業(yè)的實際情況，從化學成分、粒度分布、松裝密度、振實密度、流動性和重復(fù)使用性能等方面對常用鋁合金粉末和鋁基復(fù)合材料粉末提出詳細技術(shù)要求。具體包括：-鋁合金粉末的化學成分要求，鋁基復(fù)合材料粉末中增強相粉末的類型、粒徑和含量控制指標-鋁合金粉末的物理性能指標，包括粒度分布、球形度、流動性等-粉末重復(fù)使用規(guī)范和性能衰減控制要求工藝技術(shù)要求：規(guī)定激光粉末床熔融工藝的關(guān)鍵參數(shù)和控制要求：-成型室氧含量控制范圍-基板預(yù)熱溫度規(guī)范-成形工藝參數(shù)優(yōu)化（激光功率、掃描速度、掃描策略等）-隨爐試樣的擺放位置和要求-制件的熱處理工藝規(guī)范制品性能要求：明確激光粉末床熔融成形鋁合金及鋁基復(fù)合材料制件的性能指標：-制件表面質(zhì)量評定標準-內(nèi)部質(zhì)量檢測要求（孔隙率、裂紋等缺陷控制）-制件顯微組織評價標準-制件力學性能指標（拉伸強度、屈服強度、延伸率等）2.2.2質(zhì)量檢驗規(guī)范建立完整的鋁合金制件質(zhì)量評價體系，依據(jù)技術(shù)要求中規(guī)定的各項指標，采用科學的檢測方法進行逐項檢驗和評價。規(guī)定采用與制件同爐的隨爐試樣，針對表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、顯微組織、力學性能等項目開展必檢或選檢的檢測程序。明確規(guī)定了取樣數(shù)量和要求，給出了詳細的評價方法，從而全面判定批次制件是否合格，確保產(chǎn)品質(zhì)量一致性。全國增材制造標準化技術(shù)委員會（SAC/TC562）介紹全國增材制造標準化技術(shù)委員會（SAC/TC562）是經(jīng)國家標準化管理委員會批準成立的全國性標準化技術(shù)組織，負責增材制造領(lǐng)域的標準化工作。委員會由來自科研院所、高等院校、生產(chǎn)企業(yè)、檢測機構(gòu)等單位的專家組成，具有廣泛的代表性和專業(yè)性。SAC/TC562的組織架構(gòu)包括委員會全體會議、常務(wù)委員會、秘書處以及多個專業(yè)工作組和分技術(shù)委員會。其中，測試方法分技術(shù)委員會專門負責增材制造測試方法標準的制定工作。委員會已建立了完善的標準制修訂程序和質(zhì)量保證體系，確保標準制定的科學性、先進性和適用性。自成立以來，SAC/TC562積極開展國際國內(nèi)標準化工作，推動我國成為ISO/TC261的P成員國，積極參與國際標準制定。截至目前，已成功主導制定1項國際標準，發(fā)布國家標準36項、行業(yè)標準12項，初步建立了覆蓋材料、工藝、裝備、測試等領(lǐng)域的標準體系。委員會還組織制定了《增材制造標準體系建設(shè)指南》，系統(tǒng)規(guī)劃了增材制造標準發(fā)展路徑，為行業(yè)標準化工作提供了重要指導。SAC/TC562高度重視產(chǎn)學研用結(jié)合，組織開展了大量標準預(yù)研和驗證工作。在激光粉末床熔融鋁合金標準制定過程中，委員會組織漢邦科技、廣東省科學院新材料研究所、南京航空航天大學等優(yōu)勢單位開展技術(shù)研究和實驗驗證，為標準制定提供了堅實的技術(shù)支撐。委員會還積極開展標準宣貫和培訓活動，促進標準實施應(yīng)用，推動產(chǎn)業(yè)規(guī)范化發(fā)展。結(jié)論與展望《激光粉末床熔融鋁合金及其復(fù)合材料制件技術(shù)規(guī)范》國家標準的制定，將填補我國在該領(lǐng)域標準空白，建立完善的技術(shù)規(guī)范體系，對促進增材制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。標準內(nèi)容科學合理，技術(shù)指標先進適用，既考慮了當前技術(shù)水平，又兼顧了未來發(fā)展需求。隨著增材制造技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，標準化的支撐和引領(lǐng)作用將更加凸顯。未來應(yīng)進一步加強以下幾個方面的工作：一是持續(xù)完善標準體系，加快重要技術(shù)標準制定；二是加強國際標準化工作，提升我國在國際標準制定中的話語權(quán)；三是推動標準實施應(yīng)用，開展標準