ICS 49.025
V 10
HB
中华人民共和国航空行业标准
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
HB8746-2023
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。
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HB8746—2023
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/T35351 增材制造 术语
GB/T 4842 氩
HB/Z8745 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/T35351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：
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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。
数据准备
原材料准备
设备准备
激光选区熔化成形
取件及清理
热处理/热等静压
去支撑/表面处理
质量检验
包装
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。
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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/T4842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
铺层厚度，mm 激光功率，W 扫描速度, mm/s 扫描间距，mm 基板温度，℃
0.03 260~320 1000~1500 0.12~0.18 室温~200
0.04 260~320 1000~1500 0.12~0.18 室温~200
0.05 300~370 900~1350 0.12~0.18 室温~200
0.06 300~370 900~1350 0.12~0.18 室温~200
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。
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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HB8745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
缺陷类型 产生原因 工艺相关性 处理措施
制件表面发黄热处理过程中真空度不够 热处理过程监控 检验随炉试棒的表面 α层厚度，并与客户协商解决
制件缺肉 支撑设计不合适、制件摆放不合理、粉末未均匀铺满成形平面、支撑去除带肉、软刮刀局部损伤等 支撑及摆放设计、铺粉量设置 视缺肉程度而定，与需方沟通协商是否需要对缺肉区域进行补焊
翘曲变形 支撑设计不合适、工艺参数能量密度太高、薄壁支撑去除变形等 激光工艺参数选择、支撑设计 轻微翘曲变形在与需方沟通协商后可进行矫形处理，严重翘曲变形，制件报废
台阶阶差 成形过程意外暂停、补粉、截面突变等 成形过程监控 在尺寸公差范围内允许采用打磨或机械加工处理
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表2 常见缺陷及处理方法（续）
缺陷类型 产生原因 工艺相关性 处理措施
裂纹 支撑设计不合适、工艺参数不合适、粉末原材料氧含量过高、截面积过大导致热应力太大等 原材料选择、激光工艺参数选择、支撑设计 视裂纹大小而定，允许采用打磨或机械加工处理；制件内部裂纹，需要与设计协商解决
孔洞 表面轮廓参数不合适、刮刀不合适、粉末质量不合格等 刮刀选择、激光工艺参数选择、原材料 缺陷的修补应在最终热处理和最终机械加工前进行。孔洞去除后可以通过补焊处理
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。
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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
工艺关键点 控制关键点描述 对工艺的影响
基板 基板材料、尺寸精度、表面粗糙度 可能导致制件变形、材料污染
基板成形平面位置 成形第一层Z向位置 若位置低，第一层粉末铺层较厚，第一层激光成形烟尘较大且制件易与基板开裂；若位置高，会导致刮刀碰撞
制件摆放 制件摆放位置、成形方向，支撑结构 摆放位置、成形方向及支撑结构对制件成形性能、形变、表面质量有重要影响
刮刀 刮刀材料、结构 刮刀系统控制影响粉末铺层致密度，进而影响制件致密度、组织结构、力学性能
刮刀运动速度 刮刀铺粉速度 基于粉末粒径分布和流动性，刮刀运动速度会影响粉末铺层致密度，进而影响制件致密度、组织结构、力学性能
粉末质量 粉末粒径分布、球形度、流动性、松装密度、振实密度、粉末空心率、杂质含量 粉末质量对成形制件力学性能、组织结构、尺寸精度、表面粗糙度及批次稳定性具有重要影响
基板预热温度 控制热源温度，提高基板加热温度 基板温度影响冷却速率，对组织结构、力学性能和成形过程热应力有较大影响
保护气体化学成分 气体成分及纯净度 保护气体化学成分对制件的化学成分和力学性能有较大影响
保护气体流量 保护气体在激光选区熔化设备中流量大小 气体流量会影响成形过程中熔池冷却速率及熔池飞溅状态，影响制件成形质量
氧含量 成型舱和过滤系统氧含量 过高氧含量会导致材料氧化，影响制件成形质量
激光功率、扫描速度、扫描间距、光斑直径、扫描策略 成形过程中激光相关工艺参数 合适的激光参数匹配可实现最佳的制件成形质量，过高或过低能量输入会导致制件缺陷或降低制件质量
层厚 成形平台成形过程中每次降低的距离 影响工件的Z向高度，影响粉末能否完全熔融
过程暂停 暂停时间、气氛保护、基板温度 过程暂停改变热量输入历史，对制件台阶现象、组织结构、力学性能均有较大影响
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