全球視角:目前已建立的金屬3D打印標準有哪些
隨著金屬增材制造逐步轉向工業生產,對覆蓋技術各方面的國際標準的需求也變得越來越迫切。來自Fraunhofer IFAM的Claus Aumund-Kopp和Frank Petzoldt回顧了國際標準的過往,總結了現有的金屬增材制造標準,并對未來可能遇到的挑戰進行了思考。
隨著一項技術發展,且越來越多地得以應用,行業就需要針對其技術術語和工藝細節達成一定的共識。如今,金屬增材制造已步入產業化階段,特別是牙科和航空航天業已經進入商業規模生產,更需要材料性能、測試程序等方面的標準。標準化主要是靠主要利益相關者參與全球各種標準化委員會來實現的,是一項極為耗時的工作。最終,無論是機器、粉末制造商,還是零件制造商和終端用戶都將受益于這些標準,因為標準即意味著這項技術的可靠性。本文列出了迄今為止不同組織發布的增材制造標準(如圖1),指出了為何增材制造實現標準化如此重要,并強調了國際標準的必要性。
圖1.增材制造國際標準化年表
現狀
增材制造正在改變全球各個行業,各種類型的公司也都看到了這項技術所帶來的大量突破性機會。當然,這項技術還將面臨許多挑戰。與傳統金屬成型工藝相比,特別需要注意制造工藝參數與材料性能間的重大關系。不同機器系統和生產條件可能導致不同的屬性,這都需要考慮到。此外,材料性能與原材料也密切相關,如金屬粉末,原材料會在制程窗口與一組參數結合。了解這一點后,驗證性能并建立強大可靠的生產工藝對增材制造而言至關重要,還需根據檢查和驗證規則制定質量管理體系。由于缺乏相關標準,目前大多數采用增材制造技術生產終端零件的公司都建立了自己內部的材料和工藝指南。因此,提高工藝知識和制定共同技術標準非常重要。另外,設計標準也有助于推廣增材制造,畢竟如今大多數CAD工具都沒有充分利用增材制造這項技術。
標準的設立有助于提高事物的接受程度,特別是像金屬增材制造這樣的新制造工藝。增材制造是一項需要國際標準的全球性工藝。標準化有助于促進國家、地區和國際之間的技術和經濟合作。目前已有幾個國家和區域開始了相關的標準設定。
國際標準化組織(ISO)和美國材料與試驗協會(ASTM International)這兩個國際機構在全球范圍內準備、制定和出版與增材制造相關的標準(更多信息參見插圖)。 歐洲標準化委員會(CEN)也成立了區域性的增材制造標準化委員會。 另外還有一些國家和地區也推出了相關的標準化和指導方針,如英國標準協會(BSI)和法國標準化協會(AFNOR/UN),德國標準化學會(DIN)與德國機械設備制造業聯合會(VDMA)、德國工程師協會(VDI)也合作出版了增材制造相關標準。
美國材料與試驗協會委員會
•成立于2009年
•范圍:制定增材制造技術標準,推廣知識,刺激研究和技術實施
•成員:各階層領域代表,如公司、大學、研究機構等
•一組織一票
•目前,代表23個國家的400多名個人成員
國際標準化組織技術委員會
•成立于2011年
•范圍:關于增材制造的流程,術語和定義,工序鏈(軟硬件),測試程序,質量參數,供應協議以及各種基本原理的標準化
•成員資格以不同國家標準化組織的代表為基礎,每個成員組織可以提名不同領域的專家
•一組織一票
•目前有20個參與國與5個觀察員。
圖2. 增材制造各種不同的術語
表1. 已有的金屬增材制造標準
2009年,美國材料與試驗協會成立增材制造技術委員會。同年,德國和英國也成立了相關委員會。國際標準化組織則是在2011年成立了技術委員會,這兩大組織在2013年7月定下了聯合標準制定計劃。
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