ICS 25.030 J 39
Ge
中华人民共和国国家标准
GB/T 39253—2020
增材制造
金属材料定向能量沉积工艺规范
Additive manufacturingSpecification for directed energy deposition of
metal materials
2021-06-01实施
2020-11-19 发布
国家市场监督管理总局 发布
国家标准化管理委员会 GB/T 39253—2020
前言
本标准按照 GB/T 1.1一2009 给出的规则起草。 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这些专利的责任。 本标准由中国机械工业联合会提出。 本标准由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC 562)归口。 本标准起草单位：西北工业大学、北京航空航天大学、西安航天发动机有限公司、中机生产力促进中
心、南京中科煜宸激光技术有限公司、华中科技大学、中国航发北京航空材料研究院、中国航空综合技术研究所、首都航天机械有限公司、机械科学研究总院集团有限公司、无锡市产品质量监督检验院、珠海天威飞马打印耗材有限公司、西门子(中国)有限公司、大连理工大学、青岛海尔智能技术研发有限公司、北京煜鼎增材制造研究院有限公司、北京遥感设备研究所、郑州机械研究所有限公司、哈尔滨福沃德多维智能装备有限公司。
本标准主要起草人：林鑫、刘栋、于君、杨欢庆、薛莲、华晨、李润声、梁家誉、栗晓飞、罗志伟、单忠德、 高银涛、张涛、李长鹏、吴东江、刘永辉、钱婷婷、李海斌、明宪良、高站起、胡丽刚。
工 GB/T 39253—2020
3.5
送粉率 powder feeding rate 单位时间内，通过送料系统送出的粉末原材料重量或体积。
3.6
基材 substrate 用于构件沉积的板材或块材。
3.7
沉积头deposition head 将能量和原材料输送到熔池的装置。
3.8
切片厚度slice thickness 模型切片过程中设计的定向能量沉积过程沿沉积方向的单沉积层厚度。
3.9
随炉样品sample along with part 在零件或实物成形的同时，额外制备的同制造批次样坏或试样。
4类别
根据不同的能量源，金属材料定向能量沉积工艺可分为激光定向能量沉积工艺、电子束定向能量沉积工艺、电弧定向能量沉积工艺、等离子束定向能量沉积工艺；根据原材料形态的不同可分为送粉定向能量沉积工艺和送丝定向能量沉积工艺。两种分类方式的具体组合详见表1。
表1金属材料定向能量沉积工艺类别
能量源
原材料金属粉末金属丝材注：“／”表示可以采用表格左边的原材料状态进行沉积。
激光 ~ ~
电子束 V /
电弧
等离子束
V /
~
5　一般要求
5.1　人员
操作者应接受培训,考核合格后才能操作设备，培训应由设备厂商或已接受培训并合格的人员来实施。
注：培训内容包括但不限于粉末床熔融设备和辅助设备的操作、维护、校准、软件使用、安全防护、原材料处理、后处
理、数据处理、异常情况处理等。
5.2设备 5.2.1概述 5.2.1.1 金属材料定向能量沉积设备主要由能量源、沉积头、原材料输送系统、气氛控制系统、运动控制系统、除尘系统、循环过滤系统、过程监控系统等部分组成。可根据能量源的不同进行分类，包括以激光
2 GB/T 39253—2020
为能量源的定向能量沉积设备，以电子束为能量源的定向能量沉积设备和以电弧、等离子束为能量源的定向能量沉积设备。 5.2.1.2各类金属材料定向能量沉积设备组成系统及关键参数参见附录A。 5.2.2要求 5.2.2.1金属材料定向能量沉积设备的检验、验收应符合设备厂商或相关标准要求。 5.2.2.2金属材料定向能量沉积设备交付前应有合格证明文件，且各项技术指标参数符合工艺相关要求。 5.2.2.3设备使用说明文件应包含定期检查的项目、周期和标准。 5.2.2.4用于金属材料定向能量沉积工艺过程的仪器仪表应按国家或企业的有关规定定期计量检定、 校准。 5.3原材料 5.3.1概述
金属材料定向能量沉积工艺的原材料为金属粉末或金属丝材。
5.3.2金属粉末 5.3.2.1性能
金属粉末的主要性能指标包括：化学成分、粒度及粒度分布、流动性、氧含量、球形率、松装密度、空心粉率等。金属粉末的牌号和化学成分应符合相关标准要求,或者在制造前由供需双方协商确定。金属粉末检验指标应根据工艺要求确定，其他特殊要求需供需双方协商确定。除供需双方协商确定外，检验方法应按照 GB/T 35022 规定的要求执行。 5.3.2.2重复使用
使用过的粉末过筛后经检测不符合5.3.2.1的要求时，由供需双方协商确定其使用或采用环保方式处理。 5.3.3金属丝材
金属丝材的主要性能指标包括：丝材直径、圆度、化学成分、表面质量、力学性能、氧含量等。 金属丝材的牌号和化学成分应符合相关标准要求，或者在制造前由供需双方协商确定。金属丝材
检验指标应根据工艺要求确定，其他特殊要求需供需双方协商确定。检验方法可参照GB/T 29713、 GB/T 10858、GB/T15620 等规定的要求执行。
5.3.4污染防护
应采取必要措施防止粉末或丝材在使用、贮存、运输、筛分（粉末）、清理等过程中被污染。 5.3.5交付及贮存
材料供应商应提供相关粉末或丝材的安全技术说明书和质量证明文件，质量证明书应包括牌号、批号以及相关检测指标的检测结果。
粉末应有效密封在密闭、静电防护（当粉末粒径<100 μm 时)且阻燃的容器内,并存放在干燥、阴
5ZC
凉、无腐蚀的环境下，对于易燃易爆的金属粉末，也可采用具有还原特性的液体，如水或煤油等进行封存；丝材应存放在干燥、阴凉、无腐蚀的环境下。
3 GB/T 39253—2020
5.4环境 5.4.1温度和湿度
推荐的工作环境温度为5℃～35℃,湿度<75%。
5.4.2通风和照明
安装设备的场地应具备良好的通风和照明条件，应按照GB 50019的规定执行。 5.4.3磁场
磁场要求主要适用于以电子束为能量源的定向能量沉积设备，其所处环境的磁场强度应不影响电子束聚焦和扫描偏转控制。 5.5安全 5.5.1以激光为能量源的定向能量沉积设备安全防护应符合 GB 25493的规定,并需安装氧浓度检测仪。氧浓度检测仪应安装在接近有潜在惰性气体泄漏的位置，例如阀门以及管道连接处，并应定期进行计量检定、校准或替换,并有校准或替换记录。 5.5.2以激光为能量源的定向能量沉积设备成形室的防爆泄压装置应符合 GB/T 15605 的规定。 5.5.3以电子束为能量源的定向能量沉积设备其周围电磁辐射应符合 GB8702 的规定。 5.5.4以电子束为能量源的定向能量沉积设备应保持良好接地 5.5.5以电弧、等离子束为能量源的定向能量沉积设备安全防护应符合 GB9448的规定。 5.5.6粉末在运输、贮存、清理、筛分等过程中的操作及相关设备防爆安全应符合 GB 15577的规定。 5.5.7 定向能量沉积设备所采用的除尘系统安全应按照 AQ4273 的规定执行。 5.6人员防护 5.6.1 粉末在使用、贮存、清理、筛分时,操作人员应按照GB/T11651 的规定使用个体防护用品。 5.6.2必要时，建议在使用保护气体的操作场所为操作人员配备呼吸保护装置 5.6.3 使用以电子束为能量源的增材制造定向能量沉积设备时,应佩戴相应的X射线剂量计。在事故或应急情况下，根据情况应对有关人员进行个人检测。
SAC
6　工艺过程
6.1流程图
典型的金属材料定向能量沉积工艺流程如图1所示。 GB/T 39253—2020
模型设计 + 模型切片
★
成形准备
1 参数设定
成形过程 / 清理
不合格
初步检验
「合格后处理
是 (修复)
是否可修复
伶
不合格
质量检验 」合格交付
1 报废
图1典型的工艺流程图
6.2 模型设计 6.2.1 对实体进行扫描并输人三维建模软件实现模型建立或直接通过三维建模软件建立零件模型 6.2.2模型设计时应包含加工余量，同时宜包含随炉样品、直接取样的取样位置、沉积路径等 6.2.3沉积路径应根据零件的数量、结构、性能要求、成形时间等因素确定。 6.2.4　零件的模型设计应符合 GB/T 37698 的有关规定。 6.3 模型切片 6.3.1零件模型文件应能够转换为定向能量沉积系统可读取的格式,如 STL、NC或 AMF 格式等。 6.3.2应根据定向能量沉积工艺选取相应的切片厚度，切片数据转换为定向能量沉积系统所能识别的运动和过程控制数据，通常包括轮廓和填充数据。 6.4成形准备 6.4.1原材料准备 6.4.1.1 金属粉末的准备
用于成形制造的粉末材料应符合5.3.2的要求
54C GB/T 39253—2020
在每次粉末更换时，需核对粉末质量证明文件，对粉末牌号、批号、粉末使用和保存状态及相关检测指标的检测结果进行记录。为保证粉末流动性，可对粉末进行烘干等操作，确认符合制造工艺要求
6.4.1.2金属丝材的准备
用于成形制造的丝材材料应符合5.3.3的要求。 在每次更换丝材时，需核对丝材质量说明书，对丝材牌号、批号及相关检测指标的检测结果进行记
录。目视检查丝材表面,表面应无杂质且光滑,无毛刺、划痕、凹坑等缺陷。同时测量丝材直径，满足制造工艺要求。
为保证成形质量，必要时可根据制造工艺要求，对丝材进行烘干操作。 6.4.2设备准备 6.4.2.1设备状态确认
对定向能量沉积设备热源、原材料输送、运动控制、冷却等各系统状态和水、电、气进行确认，保证设备状态符合成形需求。
原材料添加前应将成形设备及烘干设备内的粉末或丝材清理干净，避免不同牌号或批次的原材料混合造成污染。 6.4.2.2基材、工装准备
基材应采用与原材料同牌号或治金相容性较好的材料。如基材部分或整体将作为最终零件的一部
分，基材原则上应采用与原材料同牌号材料。
基材应平稳放至设备成形平台合适位置，并安装固定。 基材厚度、表面平整度应满足制造工艺要求，使用前按照成形需求选择合适规格的基材。 基材、工装使用前应清除表面杂质、油污，保持表面干燥。 调整基材表面与沉积头喷嘴之间的距离至可成形范围。成形工装的选用应满足安全易用、且与沉
积头互不干涉的原则。
基材和工装的选择应考虑结构刚度，保证热应力引起的基材、工装变形在允许范围内。 6.4.2.3程序检查
设置设备工作原点，运行加工程序进行空程检查，确保第一层或前数层运行轨迹落在基材幅面范围。 6.4.2.4气氛控制
开启设备气氛保护或隔离程序，控制成形室气氛满足成形要求。 6.5参数设定
根据材料和零件结构性能要求设置相应参数，可参考设备制造商提供的工艺参数包，不同能量源的
定向能量沉积系统主要成形工艺相关参数如下：
a）以激光为能量源：激光功率、扫描速率、送粉/送丝速率、束斑尺寸、搭接率、沉积道宽度、沉积层
高度等; b）以电子束为能量源:加速电压、扫描速率、搭接率、沉积道宽度、沉积层高度、成形室真空度、预
热温度等;
c）以电弧为能量源：电流、电压、送丝速率、扫描速率、沉积道宽度、沉积层高度、搭接率等；
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SAC