ICS 49.025 V 10
HB 8746-2023
航空钛合金制件激光选区熔化增材制造
工艺控制要求
Titanium alloy aero-parts manufactured by selective laser melting—process
control requirements
2023-12-29 发布 2024-07-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本文件按照 GB/T 1.1-2020《标准化工作导则第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国航空工业集团有限公司提出。
本文件由中国航空综合技术研究所归口。
本文件起草单位：飞而康快速制造科技有限责任公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司、中国航空制造技术研究院、西安铂力特增材技术股份有限公司、上海航翼高新技术发展研究院有限公司、中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所、沈阳飞机工业(集团)有限公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司、国营芜湖机械厂、中车工业研究院有限公司、中国航空综合技术研究所、华质卓越生产力促进(北京)有限公司。
本文件主要起草人：杨广善、雷力明、刘慧渊、李怀学、王佳骏、孙涛、侯慧鹏、柏林、李晓丹、荣鹏、朱萌、周可欣、折洁、孙诗誉、计霞、栗晓飞。
航空钛合金制件激光选区熔化增材制造工艺控制要求
1 范围
本文件规定了航空钛合金制件激光选区熔化工艺的一般要求、工艺流程、工艺控制、质量控制、安全等要求。
本文件适用于航空钛合金制件激光选区熔化制造工艺控制。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 35351 增材制造术语
GB/T 4842 氩
HB/Z 8745 航空钛合金制件激光选区熔化增材制造制件热处理及热等静压
3 术语和定义
GB/T 35351 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
再用粉 reused powder
经过一次或数次激光选区熔化过程，通过检验并满足原材料指标要求，可以被重复使用的粉末原料。 3.2
支撑 supporting structure
为了保证增材制造制件顺利成型及尺寸控制，在模型处理过程中添加的辅助结构。
4 一般要求
4.1 人员
从事激光选区熔化设备操作及检验的人员应持证上岗。
4.2 环境
4.2.1 所有设备应安装在能控制温度和湿度的室内，推荐温度范围：15℃~25℃,湿度范围： 相对湿度不大于 75%RH。
4.2.2 设备周围应保持通风。
4.3 设备
4.3.1 激光选区熔化设备应具有验收合格证明。
4.3.2 激光选区熔化设备应定期进行维护、保养。维护、保养内容不限于以下内容：
a) 必须执行项目：光斑尺寸、光斑质量、激光功率、振镜定位精度、Z 轴运动精度;
b) 建议执行项目：刮刀扭矩、Z 轴扭矩、氧传感器、风速、预热温度;
c) 设备使用厂家自行检查项目：气密性检查、易损易耗件更换、设备清理。
4.3.3 设备稳定性及均匀性验证
4.3.3.1 属于下列情况的设备在投入生产前，应进行设备稳定性和均匀性验证，合格后方可投入生产使用：
a) 新设备或闲置 1 年以上的设备;
b) 经搬迁后的设备;
c) 动力线更改的设备;
d) 大修后的设备;
e) 控制系统或机械系统有较大改动的设备;
f) 按设备要求达到规定的周期。
4.3.3.2 对于设备稳定性和均匀性验证的方案，使用单位应根据具体情况制定、管控和执行。
5 工艺控制
5.1 工艺流程
激光选区熔化成形典型工艺流程如图 1 所示。
图 1 激光选区熔化成形典型工艺流程图
5.2 数据准备
5.2.1 数据准备一般包括：工艺数模构建、数模转换、数模修复、制件成形方向设计、支撑设计、分层切片等。
5.2.2 应按设计图样或设计技术文件进行工艺数据准备，生成制造文件。设计数模、图纸、切片文件、工艺参数等电子文件应存储于稳定的系统中，所有的文件应通过版本控制来保持可追溯性。
5.2.3 数模转换成三角面片模型时，应设置三角面片精度，保证成型制件满足技术指标要求。
5.2.4 数模修复包括：模型缝隙、坏边的修复、模型内部干扰体修复、模型表面孔洞、重叠三角面片修复、光顺等。
5.2.5 制件成形方向设计宜采用截面积最小原则，角度选择应综合考虑制件结构、悬空面积大小、尺寸精度、表面粗糙度、支撑是否便于去除等因素。设计有要求时应与设计确认。
5.2.6 支撑结构形式一般有实体支撑、网格支撑、片状支撑、圆柱形支撑等，应根据制件具体结构选择合适支撑结构，针对较大应力平面、局部低点或轮廓边缘宜采用实体支撑结构。
5.3 原材料准备
5.3.1 粉末选择应满足粉末规范要求。针对再用粉使用单位应制定相应的过程管控文件。
5.3.2 粉末准备包括烘粉、筛分过程等。
5.3.3 烘粉宜采用真空烘箱，也可使用惰性气体保护炉等。若选用真空烘箱，真空度要求优于 0.1MPa。烘粉温度范围宜选择 100℃~200℃, 保温时间一般不低于 2 小时。
5.3.4 粉末筛分应选择合适的筛网目数。筛分前应检查筛网破损情况，筛分过程中禁止对筛网网面施加外力。
5.3.5 粉末混合应选用同一供应商、同一制造工艺、相同或相近批次的粉末，使用混粉机将粉末混合均匀。
5.4 设备准备
5.4.1 设备使用前，应对设备状况进行检查，确保设备状态正常。
5.4.2 应对设备成形室进行清理，并使用擦镜纸清理平光镜。
5.4.3 打印设置时应对气体流量状态进行确认。
5.4.4 应对成形基板调平、预热(按需)。
5.4.5 选择刮刀类型，安装刮刀，调平，并检查刮刀情况。
5.5 激光选区熔化成形过程控制
5.5.1 钛合金激光选区熔化成形应在氩气气氛保护下进行，氩气的使用按 GB/T 4842 执行，纯度不低于 99.999%。在成形过程中应对整个沉积过程的氧含量进行全程监测，稳定打印过程中的氧含量要求小于 500ppm。
5.5.2 激光选区熔化成形钛合金工艺参数主要有基板温度、铺层厚度、激光功率、扫描速度、扫描间距等，应对相关参数的限定范围给出详细说明，具体激光工艺参数应根据制件特征优化选择并记录激光选区熔化成形工艺参数，表 1 为推荐的激光选区熔化工艺参数范围，其他厚度的参数依据厂家自行研发确认。
表 1 激光选区熔化成形钛合金参考参数范围表
5.5.3 制件成形过程应保持连续。若出现中途暂停， 应做好记录，对成形后产品的影响，应作出评估，评估结果的影响由供需双方协商确认。
5.6 取件及清粉
5.6.1 制件激光选区熔化成形结束后，宜等待基板温度降至 70℃以下取件。若有特殊需求， 应在做好防护的情况下取件。
5.6.2 取件过程宜对角松动锁定螺栓，避免因基板较大热应力释放导致平台震动。
5.6.3 手动或自动清理成形室内基板及制件表面浮粉时，清理角度宜适中，避免扬尘。
5.6.4 应对制件内部腔体残留粉末进行清理。
5.7 后处理
5.7.1 制件激光选区熔化成形完成后，应进行热处理，热处理过程控制应符合 HB 8745 要求。
5.7.2 应采用线切割完成制件与基板分离。
5.7.3 应采用手工或机械加工方式去除支撑。
5.7.4 根据制件设计输入确定制件是否需要进行后续处理，处理方法包括但不限于：机械加工(车、铣、磨等)、打磨、喷砂、喷丸、化学抛光、电化学抛光、磨粒流抛光等。应编制制造工艺卡，对后续处理过程中相关参数给出详细说明。
5.8 检验
应按制件数模或图样、技术要求、质量验收协议等对激光选区熔化成形制件进行检验。
5.9 包装
5.9.1 经检验合格的产品每件应使用软性包装材料单独包裹，若选用箱体包装，箱内用软物填实、塞紧，防止窜动。
5.9.2 产品应贮存在干燥、阴凉、无腐蚀性物质侵蚀的室内。
5.9.3 产品运输中应严格避免剧烈碰撞，防止雨淋受潮和机械挤压。
6 质量控制
6.1 应依据本文件，针对具体制件和结构特点编制激光选区熔化工艺规程等文件。
6.2 常见缺陷类型及推荐处理措施见表 2。
6.3 应对制造过程中的工艺文件、检验记录、生产过程记录包括打印过程拍照、产品验收证明进行存档。
6.4 激光选区熔化成形工艺关键点及其对工艺的影响参见附录 A。
表 2 常见缺陷及处理方法
表 2 常见缺陷及处理方法(续)
7 安全
7.1 设备周围不允许存有易燃易爆物品，设备附近应配有 D 类灭火器。
7.2 应对设备周围环境氧含量进行监测，环境中氧含量不低于 18%。
7.3 操作人员在取件、清粉过程中应穿戴防静电防护服、呼吸系统面罩、劳保鞋和手套。
7.4 操作人员在操作过程中应连接设备除静电装置。
附录 A
(资料性)
激光选区熔化成形工艺控制点
激光选区熔化成形工艺关键点及其对工艺的影响见表 A.1。
表 A.1 工艺控制点说明表
