金沙网上娱乐场>开奖直播>新世纪40平台_「学术」增材制造标准体系研究

新世纪40平台_「学术」增材制造标准体系研究

时间:2020-01-11 18:05:14浏览:2540 作者:匿名

  摘要:3 国内外增材制造标准化现状3.1 增材制造国际标准化现状国际上,目前主要开展增材制造标准化工作的组织包括iso/tc261和astm f42。自此,我国增材制造标准化发展进入新阶段。我国增材制造标准化工作起步较晚,没有专门开展过增材制造标准体系研究工作,导致仅有的几项标准都是结合当时技术现状而提出的,缺乏对技术发展趋势的预测和考虑,标准的适用性和科学性大打折扣。因此,建立起一套行之有效的增材制造

 

新世纪40平台_「学术」增材制造标准体系研究

新世纪40平台,摘要

增材制造作为新兴产业,发展非常迅速,随着其产业及技术的不断发展,面临的标准化问题日益凸显,严重制约了增材制造产业技术成果的累积、固化和推广应用。本文通过对国内外增材制造产业发展概况、标准化现状的研究分析,并结合我国增材制造技术的特点,提出了我国增材制造标准体系建设的构建思路和原则,初步构建了增材制造标准体系框架,以期为我国近期开展增材制造标准化工作提供指导。

1 引言

增材制造通常又称“3d打印”,是以三维模型数据为基础,通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺,作为一种改变传统制造理念和模式的创新技术,已成为引领科技创新和产业变革的关键技术之一,是制造业转型升级、提质增效的重要驱动力。

2 增材制造产业发展概况

全球增材制造产业正处于蓬勃发展的初始期,且后劲十足[1]。据美国增材制造技术咨询服务协会(wohlers)年度报告显示,过去20余年间,全球增材制造产业发展迅猛,年复合增长率实现27.3%,其中2012年到2014年更达到了33.8%。截至2016年,全球增材制造行业市场规模达到了60.63亿美元,预计到2020年有望达到210亿美元。

近年来,美国、德国等世界工业强国以发展先进制造业、抢占科技创新制高点为目标,制定了发展增材制造的国家战略和具体推动措施,大力推进增材制造技术研究和产业应用[2]。据wohlers 2017年最新报告显示,美国、德国及日本20余年来增材制造总装机量占世界总量的54.4%。美国以36.8%的份额遥遥领先,中国、日本和德国占据第二梯队[3]。在应用领域方面,工业和商业设备制造、航空业应用较多,比例均占到18%以上;在应用方面,目前增材制造主要应用于功能部件生产、原型机的组装装配等等。未来,增材制造技术将继续向工业产品制造、航空航天产品零部件制造、功能零件制造、医疗领域人工定制化假体制造等方面不断发展,使该技术与产品创新相结合。同时,增材制造技术正在高性能材料、优秀的3d打印软件等关键技术上加大研发力度,以实现个性化定制和提高大型构件的制造效率。

我国增材制造技术近几年发展迅猛,总装机量占全球总量的10.3%,仅次于美国排第二名。特别是从2015年以来,国家出台《国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》等多项政策,对增材制造技术、产业、应用、标准化等给予了重大支持;设立“增材制造与激光制造”的国家重点研发计划等专项,大力发展增材制造;各级地方政府也纷纷出台有关政策支持增材制造技术研究和产业发展,产业聚集区不断涌现,以安徽省春谷3d打印智能装备园、杭州萧山区“未来智造小镇”等为突出先例,对3d打印等重点产业进行扶持。可以说,我国已经成为全球最具潜力的增材制造市场。

3 国内外增材制造标准化现状

3.1 增材制造国际标准化现状

国际上,目前主要开展增材制造标准化工作的组织包括iso/tc261和astm f42。前者成立于2011年,目前仅发布标准8项;后者成立于2009年,目前发布的标准也只有15项。据不完全统计,近几年,国际国外主要国家已经发布标准达到近60项,其中80%以上集中在近三至四年制定(见表1)。由此可以看出,世界各国,尤其是工业发达国家,在大力发展增材制造技术并推进其产业化发展的同时,都在积极开展增材制造标准化工作,尤其是最近几年,对标准化工作非常重视。

除了上面提到的两大国际标准化组织外,2014年,欧洲设立增材制造标准化支持行动计划(sasam),于2015年正式发布欧洲增材制造标准技术路线图,明确了增材制造各细分领域标准化工作重点。2016年,iso/tc261、astm f42以及欧洲标准委员会cen/tc438进行了充分合作,提出一个符合不同标准化组织要求的增材制造标准化路线图。目前,国际增材制造标准化呈现出“高度统一”的特点,即:标准体系高度统一(遵照同一套标准体系)、标准内容高度统一(制定同一套标准)、开展标准化工作的专家队伍构成高度统一(同一批欧美专家以及部分亚洲专家)。

表1 主要国际/国外增材制造标准发布情况

3.2 增材制造国内标准化现状

2014年,我国成为iso/tc261的p成员国;2016年全国增材制造标准化技术委员会(sac/tc562)成立,在国家层面上开展增材制造技术标准化工作。自此,我国增材制造标准化发展进入新阶段。目前通过该技术委员会正在制定的国内标准共有7项(4项已报批),涉及增材制造术语、文件格式、工艺和材料分类、主要特性和测试方法等方面。其中术语标准的制定,统一了增材制造领域的最基本概念,特别是依据国际iso/astm 52900:2015标准,将增材制造工艺分为黏结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、薄材叠层和立体光固化7大类,避免了像fdm、slm等已经被国外厂商注册为商标或专利的名词乱用,已成为国际通用的分类方法。

我国增材制造标准化工作起步较晚,没有专门开展过增材制造标准体系研究工作,导致仅有的几项标准都是结合当时技术现状而提出的,缺乏对技术发展趋势的预测和考虑,标准的适用性和科学性大打折扣。不仅如此,由于标准体系的缺失,整个增材制造标准化工作都处于“摸着石头过河”的状态,不能有步骤、有计划地开展工作,制约了增材制造标准化工作的开展。因此,建立起一套行之有效的增材制造标准体系必要且紧迫。

4 增材制造标准体系研究

4.1 标准体系的构建思路和原则

增材制造具有多学科交叉的技术特点,需要综合考虑增材制造产品从设计、工艺、材料、设备、后处理、检验检测、产品质量安全到服务等多种因素,进而建立起一套全产业链、全价值链的标准体系,指导增材制造产业规范、健康发展。具体构建原则如下。

(1)对接国际

iso/tc 261下设术语,方法、工艺和材料,试验方法,数据和设计4个工作组。astm f42除战略规划组等不以标准制修订为主要业务的分技术委员会外,设有试验方法、设计、材料和工艺、术语4个分技术委员会。iso/astm与cen/tc 438联合提出增材制造标准体系框架,分为3个层次,最顶层为具有总体概念、共同要求以及共同应用性的标准。第二层级为区别不同材料和工艺的细则标准。第三层级为增材制造具体的材料、工艺和应用标准。从这3个层次的内容以及现有的8项iso/tc 261标准和15项astm f42标准情况来看,总体可以将标准归为6大类:基础通用、工艺、材料、试验方法、设计方法和设备标准。

增材制造标准体系的构建,要充分对接国际标准,结合iso/tc 261、astm f42以及cen/tc 438机构设置和标准制修订工作,确保我国增材制造发展与国际接轨。

(2)结合我国增材制造产业特点

我国是制造大国,被誉为世界的工厂。与世界其他大部分国家相比,增材制造在我国呈现出了新的特点,那就是提供增材制造服务。这一分支的出现,使得原有的采购增材制造设备、材料转到直接购买全方位的增材制造服务,只需要把需求提供给服务企业即可得到所需要的基于增材制造技术加工出来的零件和产品。目前,我国已经出现一批像魔猴、意造等专门提供增材制造服务的企业。

增材制造标准体系的构建宜在与国际保持一致的基础上,充分考虑我国增材制造产业特点,满足行业发展的需求。

(3)依据国家标准化工作改革方案定位标准类别

2015年,国务院发布《国务院关于印发深化标准化工作改革方案的通知》,提出建立政府主导制定标准和市场自主制定标准相结合的新型标准体系,对国家标准、团体标准的范围进行了重新定义。增材制造标准体系的构建,要充分考虑不同类型标准,如产品标准和基础通用标准的定位,并考虑潜在的国际标准化工作发力点,满足国家标准化工作改革要求。

4.2 标准体系构建

标准体系是标准化工作的蓝图,是系统开展标准化工作的基础和依据。针对目前增材制造技术产业的发展状况,结合国际增材制造标准体系,考虑我国增材制造发展特点,初步构建了一套增材制造标准体系,标准体系框架分为两个层次。第一层为顶层框架标准,概述增材制造技术总体概念、共同要求规范。第二层为具体细则标准。

如图1所示,第一层主要由7个部分组成:基础通用标准、工艺标准、材料标准、设备标准、测试方法标准、设计方法标准以及服务标准。主要是针对增材制造产业从研发、制造到服务整个全生命周期的对应,保证了全过程都有适用的标准进行支撑,有利于标准体系的完整和配套。同时,这一体系结构的划分方式,也参考了前面对国内外增材制造相关标准的研究结果,综合了国际标准相关体系的模式,并尽可能与中国增材制造技术与产业应用特点相协调,保证了各类标准体系的协调与统一。

第二层是对第一层次7大类的分别细化,具体标准明细说明见表2,可以作为一套完整的行业标准或者企业标准进行实施,从而对增材制造进行规范。

图1 增材制造标准体系顶层框架

表2 增材制造标准明细说明

(1)基础通用标准

主要包括术语、通用要求、安全、质量保证等标准。基础通用标准是最基本、具有广泛指导意义又能起到统一协调作用的技术标准,有利于减少技术交流障碍,保障生产安全,促进技术高速发展及应用

(2)工艺标准

主要包括黏结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉末床熔融、薄材叠层和立体光固化等标准。参考国际通用的7大增材制造工艺分类而定

(3)材料标准

主要包括金属材料、陶瓷材料、高分子材料、光敏树脂、聚合物和生物材料等标准。一方面与国际增材制造标准体系相对应,另一方面参考了iso 17296-2:2015增材制造工艺分类及原材料。此部分增加了生物材料,原因是生物增材制造是增材制造的一个重要分支,在医疗健康领域具有非常广阔的应用前景。值得说明的是,此部分技术更新速度非常快,标准发展迅速

(4)设备标准

主要包括黏结剂喷射设备、定向能量沉积设备、材料挤出设备、材料喷射设备、粉末床熔融设备、薄材叠层设备和立体光固化设备等标准。与增材制造工艺标准一一对应

(5)测试方法标准

主要包括原料特性、表面特性、几何特性、机械特性、生物相容性、化学特性等标准。一方面与国际增材制造标准体系相对应,另一方面参考了iso 17296-3:2014增材制造主要特性和测试方法

(6)设计方法标准

主要包括文件格式、设计指南、数据接口等标准。参照iso/tc 261 wg4工作组以及astrm f42.04分技术委员会涵盖的工作范围提出

(7)服务标准

主要包括技术培训与咨询、服务与外包、服务平台等标准。适用于专门提供增材制造服务领域,针对提供纯技术类的增材制造技术支持、委托设计和加工过程中买卖双方作出约定,保证买卖双方利益、“互联网+”背景下,为增材制造远程定制化服务等方面提供规范

5 结语

增材制造标准体系为今后开展更大范围增材制造技术标准化工作提供支撑,为我国增材制造技术标准的发展规划技术路线,指导技术标准的制修订,有效减少标准交叉、重复等现象。而随着增材制造技术的迅速发展,产业格局的不断优化,新技术、新产品、新工艺、新材料的不断提出,增材制造标准体系需要不断完善和修正,保证标准体系与增材制造技术发展相协调。

基金项目

本文受科技部国家重点研发计划课题“增材制造关键技术标准研究”(课题编号:2016yff0202004)资助。

作者简介

薛 莲 肖承翔 李海斌 王云锋

(北京机械科学研究总院 中机生产力促进中心)

薛莲,工学博士,工程师,全国增材制造标准化技术委员会秘书。

参考文献

[1] 卢秉恒,李涤. 增材制造(3d 打印)技术发展[j]. 机械制造与自动化, 2013,(4):1-4.

[2] wohlers t. wohlers report 2017:3d printing and additive manufacturing state of the industry, wohlers associatesinc, usa.

[3] 工业和信息化部,国家发展和改革委员会,财政部.国家增材制造产业发展推进计划(2015-2016年).

-thanks for reading-

来源 | 《标准科学》2017年第11期

长按二维码,关注

“中国标准化”

「中国标准化」旗下刊物

《中国标准化》

《中国标准化》海外版

《标准科学》

《标准生活》

《产品安全与召回》

关注「中国标准化 」微信公众号,获取更多标准化重要信息!