增材制造零件采購(gòu)要求的標(biāo)準(zhǔn)化考慮

增材制造技術(shù)以其獨(dú)特的成形方式及技術(shù)優(yōu)勢(shì)，正在逐步融入現(xiàn)有工業(yè)體系中，與傳統(tǒng)減材與等材制造技術(shù)融合、互補(bǔ)，成為未來(lái)工業(yè)制造領(lǐng)域不可替代的一部分。增材制造技術(shù)基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)原材料（粉末、絲材、液體等）直接制造零件，從而在一臺(tái)設(shè)備上可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，實(shí)現(xiàn)了零件“自由制造”，解決了許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的成形，并大大減少了加工工序，縮短了加工周期。而且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，其制造速度的作用就越顯著。

3D打印零件質(zhì)量有據(jù)可循

長(zhǎng)久以來(lái)，在傳統(tǒng)制造技術(shù)條件下，零件采購(gòu)及驗(yàn)收已形成了一套完整的技術(shù)要求及驗(yàn)收方法，但這些都是基于傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)于零件產(chǎn)品幾何尺寸、表面粗糙度、制造工藝等方面的要求，并不能完全適用于增材制造技術(shù)產(chǎn)品采購(gòu)時(shí)的相關(guān)要求。

鑒于增材制造技術(shù)的特點(diǎn)，在其零件采購(gòu)時(shí)，應(yīng)主要考慮方面包括：零件幾何外形；尺寸公差；表面形貌；零件構(gòu)建取向；零件生產(chǎn)用原材料；零件修復(fù)；可接受缺陷或偏差；以及工藝質(zhì)量控制信息等；

1、零件幾何外形
零件尺寸外形信息一般包括工程圖紙、數(shù)字文件等，對(duì)零件進(jìn)行全面的定義，并且所提供的數(shù)字文件（包括3D模型或零件幾何尺寸信息）應(yīng)能在供應(yīng)商與采購(gòu)商雙方系統(tǒng)內(nèi)兼容。

2、尺寸公差
增材制造技術(shù)由于其特殊的制造過(guò)程及較低的工藝約束，在其最終零件的尺寸公差方面應(yīng)有特殊的要求。在其功能區(qū)（例如，精加工需要留有機(jī)械加工余量區(qū)域）和非功能區(qū)（例如，僅用于美觀或裝飾的區(qū)域）的尺寸公差要求不同，在采購(gòu)時(shí)需要明確說(shuō)明。一般來(lái)說(shuō)，一般公差應(yīng)符合ISO 2768-1和ISO 2768-2。

3、表面形貌
在采購(gòu)訂貨時(shí)，應(yīng)該指定增材制造零件的表面形貌，例如，可以參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)ISO 1302或ISO 25178來(lái)確定�？梢酝ㄟ^(guò)指定整個(gè)零件或關(guān)鍵部位的表面粗糙度或波形來(lái)形成表面形貌的要求。

4、零件構(gòu)建取向
零件構(gòu)建取向的不同會(huì)直接影響零件的最終性能。因此，在采購(gòu)時(shí)，應(yīng)指明零件構(gòu)建取向及對(duì)應(yīng)的制造工藝。構(gòu)建取向的表示可參考ISO/ASTM 52921。

5、零件生產(chǎn)用原材料
原材料的品質(zhì)及狀態(tài)直接影響了最終零件的質(zhì)量。因此，在采購(gòu)訂貨時(shí)應(yīng)注明對(duì)于原材料的要求，包括化學(xué)組分、原材料性能、存儲(chǔ)狀態(tài)、工藝要求等。必要時(shí) ，也應(yīng)對(duì)于原材料重復(fù)再利用的要求進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)定。


6、零件修復(fù)
增材制造零件的修復(fù)要求應(yīng)由供需雙方協(xié)商確定。在采購(gòu)訂貨時(shí)，應(yīng)標(biāo)明經(jīng)批準(zhǔn)修復(fù)方法，并且修復(fù)條件等應(yīng)由需方指定并批準(zhǔn)。

7、可接受缺陷或偏差
依據(jù)于不同的使用環(huán)境及技術(shù)要求，并且基于目前缺乏通用的缺陷表征及判定依據(jù)的現(xiàn)狀，增材制造零件允許缺陷應(yīng)由供需雙方協(xié)商，具體包括了零件內(nèi)部的裂紋、缺陷、不連續(xù)性、雜質(zhì)、夾雜物、污染物及孔隙率等。


8、工藝質(zhì)量控制信息
在訂貨采購(gòu)時(shí)，采購(gòu)方應(yīng)明確對(duì)于增材制造過(guò)程中工藝質(zhì)量控制信息的相關(guān)要求，包括工藝規(guī)范、評(píng)測(cè)方法等標(biāo)準(zhǔn)，從而保證工藝過(guò)程可重復(fù)性要求。同時(shí)，應(yīng)由供需雙方協(xié)商確定這些信息的記錄文檔的保存期限，以備待查。

零件采購(gòu)時(shí)，還應(yīng)注明零件交付時(shí)的包裝、運(yùn)輸、貯存等相關(guān)要求。另一方面，由于增材制造零件應(yīng)用環(huán)境及條件不同，其采購(gòu)要求也不盡相同。對(duì)于其他特殊的要求，可以通過(guò)采購(gòu)單上的附加說(shuō)明予以闡述。

同時(shí)，在增材制造零件驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)考慮零件不同使用環(huán)境要求、零件制造工藝技術(shù)特點(diǎn)、制造技術(shù)成熟度等方面，分為新工藝研發(fā)時(shí)所用的合格零件驗(yàn)收要求、批量生產(chǎn)時(shí)的首件鑒定驗(yàn)收要求以及用于持續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量控制的質(zhì)量一致性驗(yàn)收要求。各階段的驗(yàn)收均應(yīng)有相應(yīng)的驗(yàn)收文檔，以保證后續(xù)質(zhì)量溯源等相關(guān)使用。

目前，ISO TC261與ASTM F42正在聯(lián)合開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定工作，為增材制造零件產(chǎn)品采購(gòu)及后續(xù)驗(yàn)收提供標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，讓我們拭目以待。


本文作者：栗曉飛 博士（中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所）