ICS25.030 CCSJ04 中华人民共和国国家标准 GB/T43614—2023 增材制造 金属粉末定向能量沉积设备 激光熔覆头测试方法 Additivemanufacturing—Testmethodforlasercladdingheadofmetalpowder directedenergydepositionequipments 2023-12-28发布 2023-12-28实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅰ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 概述 2 ……………………………………………………………………………………………………… 5 测试要求 2 ………………………………………………………………………………………………… 6 光斑尺寸测试 3 …………………………………………………………………………………………… 7 粉斑直径测试 4 …………………………………………………………………………………………… 8 光粉同轴测试 5 …………………………………………………………………………………………… 9 检测报告 6 ………………………………………………………………………………………………… 附录A(资料性) 光斑尺寸测试系统 7 …………………………………………………………………… 附录B(资料性) 粉斑直径测试———粉末称重法 9 ……………………………………………………… 附录C(资料性) 粉斑直径测试———同轴成像法 12 ……………………………………………………… 附录D(资料性) 光粉同轴测试系统 15 …………………………………………………………………… 参考文献 18 ……………………………………………………………………………………………………GB/T43614—2023 前 言 本文件按照GB/T1.1—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。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC562)归口。 本文件起草单位:西安增材制造国家研究院有限公司、西安交通大学、雁栖湖基础制造技术研究院 (北京)有限公司、苏州大学、南京中科煜宸激光技术有限公司、深圳市金石三维打印科技有限公司、中机 新材料研究院(郑州)有限公司、山东雷石智能制造股份有限公司、南京辉锐光电科技有限公司、西北工 业大学、大连理工大学、广东增减材科技有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、华南理工大 学、广东汉邦激光科技有限公司、北京万维增材科技有限公司、深圳嘉强激光技术有限公司、陕西新兴热 喷涂技术有限责任公司、中国核动力研究设计院、中国工程物理研究院机械制造工艺研究所、中航迈特 增材科技(北京)有限公司、宁波晶钻科技股份有限公司、中国航发北京航空材料研究院、广东省科学院 新材料研究所、中机生产力促进中心有限公司。 本文件主要起草人:薛飞、高洁、薛莲、石拓、华晨、周恒、杜博睿、侯帅、卢秉恒、齐欢、于君、马广义、 周功胜、高铎瑞、王迪、牛留辉、盛彬、罗安琪、尹向阳、李青宇、杨家林、杨磊、张军安、赵梓钧、闫星辰、 李海斌、侯颖。 ⅠGB/T43614—2023 增材制造 金属粉末定向能量沉积设备 激光熔覆头测试方法 1 范围 本文件规定了增材制造金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头的测试要求和检测报告,描述了光 斑尺寸测试、粉斑直径测试和光粉同轴测试的方法。 本文件适用于同轴光内送粉式和同轴光外送粉式金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头的性能 测试。 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/T7551—2008 称重传感器 GB/T14896.7—2015 特种加工机床 术语 第7部分:增材制造机床 GB/T14896.9—2018 特种加工机床 术语 第9部分:激光加工机床 GB25493—2010 以激光为加工能量的快速成形机床 安全防护技术要求 GB/T35351 增材制造 术语 GB39800.1 个体防护装备配备规范 第1部分:总则 3 术语和定义 GB/T35351、GB/T14896.7—2015和GB/T14896.9—2018界定的以及下列术语和定义适用于本 文件。 3.1 熔覆工作平面 claddingworkplane 金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头的成形面。 注:通常为最新的沉积层表面。 3.2 同轴送粉喷头 coaxialfeedinghead 与激光光束轴线同轴的送粉喷头。 [来源:GB/T14896.7—2015,5.21.1] 3.3 光斑尺寸 spotsize 激光束在任意(或特定)横截面投射光斑的尺寸。 [来源:GB/T14896.9—2018,3.11] 1GB/T43614—2023 3.4 粉束会聚面 powderstreamconvergenceplane 以入射激光束光轴为轴线,粉末束流会聚形成最小的截面。 3.5 有效粉斑 effectivepowderspot 以入射激光束光轴为轴线,粉末束流截面内粉末的主要分布区域。 3.6 有效粉斑系数 effectivepowderspotcoefficient 有效粉斑边界处粒子统计量特征值与全局粒子最大统计量特征值之比。 注:取值范围为(0,1),通常取值为13.5%(即1/e2),特殊要求根据需要确定有效粉斑系数。 3.7 有效粉斑直径 effectivepowderspotdiameter 有效粉斑边界等效圆的直径。 4 概述 增材制造金属粉末定向能量沉积设备激光熔覆头(以下简称“激光熔覆头”)由光学系统、同轴送粉 喷头和功能性机械结构3部分构成: a) 光学系统外接激光器,实现激光光束的整形和会聚,在熔覆工作平面输出高质量的聚焦光斑; b) 同轴送粉喷头外接送粉器,输出均匀粉末流; c) 功能性机械结构满足光粉同轴、部件冷却等设计要求。 本文件中,分别通过测量熔覆工作平面的光斑尺寸、粉斑直径和光粉同轴,完成对激光熔覆头3项 主要功能的性能检测。不限于本文件列举方法,各项测试方法及对应章条编号见表1。 表1 激光熔覆头测试方法 序号 测试项目 测试方法 章条编号 备注 1光斑尺寸 空心探针法 第6章 — 2粉斑直径方法A———粉末称重法 7.2 — 方法B———同轴成像法 7.3 仅适用于光外送粉式 3光粉同轴 工装检测 第8章 — 5 测试要求 5.1 通则 送粉稳定性的相关规定如下: a) 使用粉末应满足相应的粉末规范要求,如流动性、球形度、干燥程度等; b) 送粉设备应满足相应的参数要求,建议送粉设备气源压力波动误差优于设定值的±1%,输送 粉末的气体流量波动误差优于设定值的±1%,设备输出送粉量重复精度优于全量程的±2%; c) 粉末输送管路尽可能短。 2GB/T43614—2023 5.2 测试环境 5.2.1 测试环境温度范围与测试对象的工作环境温度范围相同,相对湿度不大于75%,气压86kPa~ 106kPa。 5.2.2 测试仪器周围应无明显对送粉稳定性产生影响的因素,如磁场、振动、气流等。 5.2.3 采用称重传感器进行粉斑直径测试时应符合GB/T7551—2008中8.1.2.14试验的一般大气 条件。 5.3 激光辐射安全 以激光束为被测对象的光斑尺寸测试系统应符合GB25493—2010中5.9的要求。 5.4 人员防护 为保障人员安全,激光辐射、粉尘环境应采取相应的防护措施,操作人员应按照GB39800.1的规定 使用个体防护用品。 6 光斑尺寸测试 6.1 测试原理 光斑测试系统采用空心探针原理的激光焦点分析仪作为测量仪器,其测量原理见GB/T27666— 2011中A.4.3描述。 6.2 测试系统 光斑尺寸测试系统主要由激光熔覆头、工业激光器、激光器水冷机、激光焦点分析仪、激光吸收体和 运动平台构成,测试系统的工作原理和主要设备参数见附录A中A.1。 6.3 测试准备 测试准备工作如下: a) 准备个人防护护具:至少包含激光防护眼镜,其参数根据激光器波长确定; b) 拆卸送粉喷头:记录基准面位置、基准面与熔覆工作平面距离、基准面与激光焦点分析仪量程 起点的距离; c) 放置激光焦点分析仪:调整激光焦点分析仪探针与激光束处于同一轴线; d) 放置激光吸收体:调整激光束位于激光吸收体的中心位置; e) 确定熔覆工作平面位于激光焦点分析仪测量行程内的位置,常用方法见A.2。 6.4 测试步骤 6.4.1 测量熔覆工作平面激光束光斑。根据测试结果,修正激光焦点分析仪测试软件的参数(如测试 窗口大小及位置、信号增益值等)。 6.4.2 基于已修正测试参数,开展熔覆工作平面激光束光斑尺寸测试,测试次数不应少于3次。 6.4.3 改变光斑尺寸、熔覆工作平面位置或者测量仪器位置,重复6.4.1~6.4.2步骤。 6.5 数据处理 测量的