王　應，于志三

（蘇州電加工機床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

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增材制造機床產(chǎn)品標準體系的構(gòu)建

王應，于志三

（蘇州電加工機床研究所有限公司，江蘇蘇州215011）

摘要：通過對增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況、國內(nèi)增材制造機床產(chǎn)品標準現(xiàn)狀的介紹，初步建立了增材制造機床產(chǎn)品標準體系框圖，為今后開展增材制造機床產(chǎn)品標準的制修訂和相關標準化工作提供依據(jù)。

關鍵詞：增材制造機床；產(chǎn)品標準；標準體系

相對于機械制造業(yè)常用的減材制造方法，增材制造（additive manufacturing，AM）方法從20世紀80年代起被人們所熟知并應用。雖然減材制造的工件表面質(zhì)量較高，但材料利用率低、加工周期長、成本高。作為一種新興的特種加工技術，增材制造通常能在一臺設備上快速制造出任意形狀的零件，且通過三維至二維的轉(zhuǎn)化，能大大簡化工件的加工成形工序，縮短加工周期，降低加工成本；而其應用也已覆蓋至機械、汽車、能源、航空航天、生物醫(yī)療、食品及個人消費品等領域。因此，增材制造曾被西方媒體譽為“第三次工業(yè)革命”的新技術。

1　增材制造技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況

一種新技術從誕生到發(fā)展、應用，都要依托設備，增材制造技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與應用也不例外。目前，增材制造技術原理結(jié)合不同的工藝、材料所形成的增材制造機床及設備多達幾十種，激光燒結(jié)式（selective laser sintering，SLS）、激光熔化式（selective laser melting，SLM）、光固化式（stereo lithography，SL）、熔融沉積式（fused deposition modeling，F(xiàn)DM）、疊層實體制造（laminated object manufacturing，LOM）等多種型式的增材制造機床設備各具特色。我國的清華大學、西安交通大學、華中科技大學、北京航空航天大學、西北工業(yè)大學、華南理工大學等都有各自的團隊，致力于增材制造技術的科學研究；近年來國內(nèi)從事增材制造機床開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)也在雨后春筍般地涌現(xiàn)。

隨著增材制造技術的日益發(fā)展，許多國家和地區(qū)相繼進行工藝、產(chǎn)品的研發(fā)與應用，美國、日本、德國及中國開發(fā)的增材制造技術裝備及系統(tǒng)已占世界總量的70%［1］。在應用領域方面，消費品和電子行業(yè)應用較多；而在生物醫(yī)學領域，運用增材制造工藝制備牙科合金材料、人工骨支架結(jié)構(gòu)的技術也日趨成熟。未來，增材制造技術將繼續(xù)向功能零件制造、組織與結(jié)構(gòu)一體化制造、人工定制化假體制造、汽車車型快速設計、航空航天產(chǎn)品零部件制造及日常消費品制造等方面不斷發(fā)展，使該技術與產(chǎn)品創(chuàng)新相結(jié)合。同時，增材制造技術正在材料性能、精度控制及高效制造等關鍵技術上加大研發(fā)力度，以實現(xiàn)微納米級的制造精度和提高大型構(gòu)件的制造效率。

2　國內(nèi)增材制造機床產(chǎn)品標準現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)從事增材制造技術及設備研發(fā)的企事業(yè)單位較多，且形成了一定規(guī)模的用戶需求，這就需要在制造商和用戶之間對產(chǎn)品的性能要求達成一致，而標準就是最理想的工具。雖然我國已頒布十余項增材制造機床產(chǎn)品標準，但覆蓋范圍有限，尚未形成獨立的標準體系。因此，研究制定不同種類的增材制造機床產(chǎn)品標準、開展增材制造機床產(chǎn)品標準體系建設工作，對增材制造機床行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

根據(jù)ISO國際標準分類，增材制造機床歸屬于數(shù)控機床類。由于增材加工時無切削作用力，屬于非傳統(tǒng)加工工藝，故增材制造機床一直是特種加工機床的重要組成部分，增材制造機床產(chǎn)品標準體系也因此成為特種加工機床產(chǎn)品標準體系（圖1）的重要分支。

圖1　特種加工機床產(chǎn)品標準體系框圖

過去，增材制造技術及方法的叫法各異：快速成形、自由成形、快速原型制造、自由實體制造等。2004年發(fā)布的國內(nèi)第一部有關增材制造的標準GB/T 14896.7-2004《特種加工機床術語第7部分：快速成形機床》中，也將增材制造稱為“快速成形”。隨著美國材料與試驗協(xié)會（ASTM）發(fā)布ASTM F2792-12《增材制造技術標準術語》及中國國家標準化管理委員會發(fā)布GB/T 14896.7-2015［2］《特種加工機床術語第7部分：增材制造機床》（代替GB/ T 14896.7-2004），國內(nèi)外已基本確立“增材制造”這一名詞術語。GB/T 14896.7-2015標準將增材制造定義為：基于離散-堆積原理，由零件數(shù)字模型直接驅(qū)動材料逐層堆積的成形制造方法；將增材制造機床定義為：采用逐層離散/堆積的原理進行零件或構(gòu)件制造的機床。

我國自20世紀90年代起開展增材制造技術的研究，最初以清華大學、西安交通大學、華中科技大學等少數(shù)幾家高校的科研團隊為代表，并研發(fā)出了幾種具有代表性的增材制造機床。在國家倡導“產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標準先行”的背景下，全國特種加工機床標準化技術委員會（SAC/TC161）組織上述單位制定了增材制造機床的相關產(chǎn)品驗收標準。SAC/ TC161從20世紀90年代末開始研究制定增材制造機床的產(chǎn)品標準，是我國第一個從事增材制造機床標準研制工作的全國性標準化技術組織。截至2015年末，由其組織制定的現(xiàn)行有效的增材制造機床標準已有13項，其中，強制性國家標準3項、推薦性國家標準4項、推薦性機械行業(yè)標準6項（表1）。

表1　我國增材制造機床行業(yè)現(xiàn)行有效標準

3　增材制造機床產(chǎn)品標準體系的研究建立

為了更好地發(fā)揮標準化在推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化中的基礎性、戰(zhàn)略性作用，促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展和社會全面進步，國務院于2015 年3月印發(fā)了《深化標準化工作改革方案》（以下簡稱《方案》）?！斗桨浮访鞔_指出，目前我國現(xiàn)行的標準體系和標準化管理體制已不再適應社會主義市場經(jīng)濟發(fā)展的需要，對標準化工作的改革勢在必行。其中，建立政府主導制定的標準與市場自主制定的標準協(xié)同發(fā)展、協(xié)調(diào)配套的新型標準體系成為改革的總體目標之一；整合精簡強制性標準、優(yōu)化完善推薦性標準、培育發(fā)展團體標準、放開搞活企業(yè)標準等則是改革的幾項具體措施［3］。因此，增材制造機床產(chǎn)品標準體系的建立也應圍繞《方案》加以實施。針對目前增材制造技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況，結(jié)合國內(nèi)技術成熟、性能穩(wěn)定的產(chǎn)品及其標準，初步建立一套增材制造機床產(chǎn)品標準體系，并據(jù)此開展該領域產(chǎn)品標準的制修訂及相關標準化工作，以適應未來行業(yè)發(fā)展的需求。

首先，增材制造機床產(chǎn)品標準大致可分為以下幾類：基礎和通用性標準、產(chǎn)品驗收標準、附配件標準及產(chǎn)品服務標準。其中，產(chǎn)品驗收標準是最重要的部分，它直接影響著增材制造機床產(chǎn)品的設計、制造、使用等多個環(huán)節(jié)。其次，隨著增材制造機床行業(yè)的日益發(fā)展，不同型式的機床產(chǎn)品已逐漸形成規(guī)?；⑴炕a(chǎn)，制造商需要使用產(chǎn)品驗收標準規(guī)范設計制造的各個環(huán)節(jié)，而用戶更需要利用產(chǎn)品驗收標準達到對產(chǎn)品進行優(yōu)選和驗收的目的。

就目前增材制造機床行業(yè)來看，熔融沉積快速成形機床已制定了較全面的產(chǎn)品驗收標準，安全防護技術要求、精度檢驗、參數(shù)及技術條件等4項標準涵蓋了機床制造驗收的各個環(huán)節(jié)，且能達到用戶與制造商之間對產(chǎn)品性能指標達成一致性的要求，基本能滿足今后一段時期的需要，熔融沉積快速成形機床的產(chǎn)品標準子體系也由此確立。其他技術成熟、產(chǎn)品性能穩(wěn)定的增材制造機床可按熔融沉積快速成形機床的標準子體系建立各自的產(chǎn)品標準體系，且標準制定的種類、數(shù)量不限。由表1可看出，疊層實體制造快速成形機床、激光選區(qū)燒結(jié)快速成形機床、立體光固化激光快速成形機床都制定了各自的技術條件標準，或需再增加1～2項標準（如：精度檢驗），便能形成各自的產(chǎn)品標準子體系。剛性基板噴印成形機床也已制定了精度檢驗和技術條件等2項產(chǎn)品驗收標準，其產(chǎn)品標準子體系也已形成；與之對應的撓性基板噴印成形機床已研制多年，隨著產(chǎn)品投放市場及標準的跟進，此種機床的產(chǎn)品標準子體系也將形成。

此外，通過粉末完全熔化方式直接成形金屬工件的激光熔化式、電子束熔化式增材制造機床也已投產(chǎn)，雖然目前還沒有國家或行業(yè)標準的統(tǒng)一規(guī)范，但隨著《方案》的實施，未來不論是團體標準，還是企業(yè)標準，都將對新品的研發(fā)、生產(chǎn)和使用提供標準依據(jù)，建立產(chǎn)品標準子體系也指日可待。通過以上分析，初步建立了增材制造機床產(chǎn)品標準體系框圖（圖2）。

圖2　增材制造機床產(chǎn)品標準體系框圖

4　結(jié)語

為搶抓新一輪科技革命的機遇，助力我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快推進國內(nèi)增材制造技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，基于現(xiàn)有增材制造機床產(chǎn)品標準，初步建立了增材制造機床產(chǎn)品標準體系，不僅能為增材制造機床行業(yè)提供標準需求，而且隨著標準制修訂工作的有序開展和標準體系的不斷完善，還能推動增材制造關鍵技術的突破，促進其在航空航天、國防軍工領域的推廣應用，對實現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化、工程化應用具有重要意義。

參考文獻：

［1］李滌塵，田小永，王永信，等.增材制造技術的發(fā)展［J］.電加工與模具，2012（增刊1）：20-22.

［2］全國特種加工機床標準化技術委員會. GB/T 14896.7-2015特種加工機床術語第7部分：增材制造機床［S］.北京：中國標準出版社，2015.

［3］中國政府網(wǎng).國務院印發(fā)深化標準化工作改革方案［J］.機械工業(yè)標準化與質(zhì)量，2015（4）：7-10.

Establishment of Additive Manufacturing Machines Product Standard System

Wang Ying，Yu Zhisan
（Suzhou Electromachining Machine Tool Research Institute Co.，Ltd.，Suzhou 215011，China）

Abstract：Through the introduction to development situation of additive manufacturing（AM）industry and internal product standard actuality of AM machines，the flow chart of AM machines standard system is established. It provides basis for carrying out setting and revising standards，standardization works of AM machines product in the future.

Key words：additive manufacturing machines；product standard；standard system

中圖分類號：TG66

文獻標識碼：A

文章編號：1009－279X（2016）02－0067-03

收稿日期：2015-12-18

第一作者簡介：王應，男，1981年生，工程師。