增材制造零件采购要求的标准化考虑

增材制造技术以其独特的成形方式及技术优势，正在逐步融入现有工业体系中，与传统减材与等材制造技术融合、互补，成为未来工业制造领域不可替代的一部分。增材制造技术基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动，通过原材料（粉末、丝材、液体等）直接制造零件，从而在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。

3D打印零件质量有据可循

长久以来，在传统制造技术条件下，零件采购及验收已形成了一套完整的技术要求及验收方法，但这些都是基于传统技术对于零件产品几何尺寸、表面粗糙度、制造工艺等方面的要求，并不能完全适用于增材制造技术产品采购时的相关要求。

鉴于增材制造技术的特点，在其零件采购时，应主要考虑方面包括：零件几何外形；尺寸公差；表面形貌；零件构建取向；零件生产用原材料；零件修复；可接受缺陷或偏差；以及工艺质量控制信息等；

1、零件几何外形
零件尺寸外形信息一般包括工程图纸、数字文件等，对零件进行全面的定义，并且所提供的数字文件（包括3D模型或零件几何尺寸信息）应能在供应商与采购商双方系统内兼容。

2、尺寸公差
增材制造技术由于其特殊的制造过程及较低的工艺约束，在其最终零件的尺寸公差方面应有特殊的要求。在其功能区（例如，精加工需要留有机械加工余量区域）和非功能区（例如，仅用于美观或装饰的区域）的尺寸公差要求不同，在采购时需要明确说明。一般来说，一般公差应符合ISO 2768-1和ISO 2768-2。

3、表面形貌
在采购订货时，应该指定增材制造零件的表面形貌，例如，可以参考现有标准ISO 1302或ISO 25178来确定。可以通过指定整个零件或关键部位的表面粗糙度或波形来形成表面形貌的要求。

4、零件构建取向
零件构建取向的不同会直接影响零件的最终性能。因此，在采购时，应指明零件构建取向及对应的制造工艺。构建取向的表示可参考ISO/ASTM 52921。

5、零件生产用原材料
原材料的品质及状态直接影响了最终零件的质量。因此，在采购订货时应注明对于原材料的要求，包括化学组分、原材料性能、存储状态、工艺要求等。必要时 ，也应对于原材料重复再利用的要求进行相应的规定。


6、零件修复
增材制造零件的修复要求应由供需双方协商确定。在采购订货时，应标明经批准修复方法，并且修复条件等应由需方指定并批准。

7、可接受缺陷或偏差
依据于不同的使用环境及技术要求，并且基于目前缺乏通用的缺陷表征及判定依据的现状，增材制造零件允许缺陷应由供需双方协商，具体包括了零件内部的裂纹、缺陷、不连续性、杂质、夹杂物、污染物及孔隙率等。


8、工艺质量控制信息
在订货采购时，采购方应明确对于增材制造过程中工艺质量控制信息的相关要求，包括工艺规范、评测方法等标准，从而保证工艺过程可重复性要求。同时，应由供需双方协商确定这些信息的记录文档的保存期限，以备待查。

零件采购时，还应注明零件交付时的包装、运输、贮存等相关要求。另一方面，由于增材制造零件应用环境及条件不同，其采购要求也不尽相同。对于其他特殊的要求，可以通过采购单上的附加说明予以阐述。

同时，在增材制造零件验收时，应考虑零件不同使用环境要求、零件制造工艺技术特点、制造技术成熟度等方面，分为新工艺研发时所用的合格零件验收要求、批量生产时的首件鉴定验收要求以及用于持续生产质量控制的质量一致性验收要求。各阶段的验收均应有相应的验收文档，以保证后续质量溯源等相关使用。

目前，ISO TC261与ASTM F42正在联合开展相关标准的研究与制定工作，为增材制造零件产品采购及后续验收提供标准依据，让我们拭目以待。


本文作者：栗晓飞 博士（中国航空综合技术研究所）