全方位填补增材制造标准空白！ASTM 又开展8个标准研究新项目
标准在推动增材制造技术的增长和发展中发挥了重要作用。全球标准开发展组织ASTM 国际近日宣布了在增材制造标准研究方面的所开展八个新项目，推动技术标准与快速发展的增材制造技术保持一致。
这八个项目涉及到ASTM 增材制造卓越中心(AM CoE)的高优先级标准化研究领域，包括设计、数据、建模，原料、过程、后处理、测试和鉴定。每个项目都将填补由ANSI / America Makes发布的AMSC（增材制造标准化协作）路线图中列出的一个或多个标准化空白。
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集成点阵夹芯结构的薄壁整体叶盘
来源：Fraunhofer
....填补多个标准空白
奥本大学将开发一种标准试样设计，用于评估压缩载荷下金属增材制造中的点阵结构。3D打印点阵结构在骨科植入物、结构减重等领域具有应用潜能，这项工作将提高金属3D打印点阵结构的可靠性。
l 挑战
点阵结构的性能通常是相对密度、固体成分和晶胞结构的函数。设计、晶胞的数量以及它们相对于载荷方向的方向会影响到点阵结构的机械性能。晶胞大小和密集的晶胞也是关键因素，控制晶胞大小取决于调整其支柱和连接节点的厚度和长度，高重复密度意味着一个单位面积内有更多重复的胞元，从而形成复杂的较小晶格。
另外，晶胞表面光洁度和后处理对点阵结构的机械性能具有更大的影响。在许多骨科植入物应用中，点阵结构处于压缩载荷下，但是目前尚无标准可用于指定点阵晶格结构样品的整体几何形状、单位晶胞大小、数量、方向，晶胞表面光洁度等。因此，有必要制定一种标准的点阵设计，列出适当的可用标准以及如何进行抗压测试的指南。
l 受影响的标准化空白
D15：测试试样的设计（低优先级）
D16：验证功能渐变材料（低优先级）
FMP1：材料属性（高优先级）
l 解决方案
将开发用于准静态压缩测试的圆柱和立方样品的标准设计，用于对粉末床激光熔化3D打印技术生产的点阵结构进行压缩测试。该标准还将包括有关进行机械测试之前样品制备和其他考虑因素的信息。该工作将参考ASTM E9进行准静态压缩测试，并指出必须进行的任何更改或考虑。
应用技术开发商EWI将开发一种用于粉末表征的通用数据交换格式（CDEF）。这一标准将通过充当不同数据管理系统之间的链接，使得整个增材制造供应链实现有效的数据共享。
l 挑战
数据共享对于开发强大的增材制造数据生态系统至关重要。增材制造是一种数字化制造技术，数据贯穿于增材制造过程的始终，从初始的零件设计，到零件制造，再到后处理和检测，整个过程都受到捕获或解释数据的需求的影响。
增材制造数据与人工智能领域的机器学习算法结合，是开发预测工具的宝贵资源。预测工具能够根据设计的实验结果优化构建参数并改善增材制造流程。在增材制造流程中的数据无法快速、轻松、准确的被共享，会减慢增材制造技术的发展。
ASTM 目前正在使用多种数据管理解决方案，但它们之间没有标准的共享数据的方法，导致成本和工作量增加，原因是相关组织经常必须找到唯一的解决方案来解析从外部获得的任何给定数据集。为了实现数据共享并减少相关成本，必须开发并证明一种简单、可复制的实践标准，在不同组织之间快速准确地传输增材制造数据。
l 受影响的标准空白
ASTM增材制造数据管理和方案战略指南中确定的关键措施
l 解决方案
通用数据交换格式（CDEF）将设置一个使组织能够快速准确共享数据的标准。CDEF充当不同数据管理系统的链接；如果整个增材制造社区都使用CDEF，则不同组织之间只需要一个翻译器即可与系统之间进行数据传输。它指定描述增材制造过程的数据元素，过程中生成的数据集之间的关系以及这些数据集的唯一标识符。
以上标准将作为加速开发未来CDEF标准的模板。为了证明该解决方案的有效性，EWI将开发一种在其自己的数据管理系统和建议的标准格式之间的翻译器。
英国MTC 将制定评估回收和再利用增材制造聚合物粉末的标准指南。该指南旨在提高使用循环回收的3D打印粉末进行生产的信心。
l 挑战
在粉末床增材制造中，任何未熔化或粘结的粉末都有可能在以后的生产过程中回收或再利用，从而降低成本和材料浪费。目前很多增材制造技术应用企业根据内部实践经验进行粉末的回收和再利用，但缺乏统一标准来评估回收粉末材料在进行3D打印时的质量、最佳实践，并为回收粉末材料对3D打印零件合格性的影响提供指南。
l 受影响的标准化空白
PC7：材料的回收和再利用（高优先级）
l 解决方案
该项目将评估行业中的现行做法、现有标准以及已发表的有关回收和再利用聚合物粉末文献。将通过比较粉末床系统中原始粉末3D打印样品和回收粉末3D打印样品的可加工性来评估这些做法。
MTC还将领导一个制定金属粉末原料采样和回收策略指南的项目，该项目将确定目前用于取样和回收粉末原料的策略，并为这些策略对金属增材制造工艺、材料和最终用途的适用性提供指导。
l 挑战
目前，很多增材制造用户正使用多种策略进行金属3D打印粉末材料回收、再利用。这些策略制定时考虑的因素包括：材料类型、增材制造设备的设计，以及更重要的是3D打印最终应用。但这些回收策略是在个案基础上实践出来的，行业内缺乏金属3D打印粉末材料回收的真正共识。
金属粉末回收利用需要克服的挑战包括：1.什么是影响粉末质量的关键工艺变量；2.在粉末回收和再利用过程中如何测量和跟踪这些变量；3.将定义的回收和再利用策略与标准化术语系统结合起来；4. 定义标准化的采样策略，以确保粉末质量一致性；5.了解粉末批次何时达到其使用寿命；6.什么情况下应隔离或调节粉末批次。
l 受影响的标准化空白
PM5：金属粉末原料采样（高优先级）
PC7：材料的回收和再利用（高优先级）
l 解决方案
该项目将评估当前金属粉末回收和采样实践的优缺点和适用性，整理行业信息、已出版的文献和现有标准。该项目将制定有关如何实施回收策略的标准定义和最佳实践建议，概述在回收和再利用期间应控制的关键工艺变量和粉末质量参数。
该项目还将为已定义的回收策略提供有关采样策略。采样策略的作用是，确保可以对回收过程进行监控，从而进行质量控制并支持质量可追溯性。该项目将考虑ASTM B215中定义的抽样做法，并就如何收集代表性样本提供建议。该项目还将概述粉末制造商和增材制造用户可用来维持粉末质量的最佳做法。
新加坡增材制造创新集群（NAMIC）新加坡制造技术研究所（SIMTech）将开发金属3D打印的标准超小型拉伸试样。这些试样将减少见证测试的时间和材料成本。
l 挑战
见证测试是一种通过测试在金属3D打印过程中与组件一起进行打印的样件，来实现质量监控的方法，常用于粉末床金属3D打印中。这些测试样件是3D打印零件进行机械性能测试的替代物。但基于当前标准所制造的测试样品所需材料量相对较大，增加了打印时间和材料成本，并减少了一次打印中可用于制造3D打印零件的构建空间。
l 受影响的标准化空白
FMP1：材料属性（高优先级）
PC3：设备运行状况监视（低优先级）
l 解决方案
更小体积的测试样品将在市售通用测试框架中进行测试。使用标准应变测量方法（例如夹式和视频引伸计）测试矩形测试样件的拉伸结果。其厚度和宽度公差范围也将建立。
NAMIC和新加坡科技设计大学（SUTD）将对马氏体时效钢进行研究。这项工作将为开发马氏体时效钢增材制造应用的材料规范提供基础。
l 挑战
马氏体时效钢具有高强度和高韧性，而不会降低延展性，具有良好的焊接性和尺寸稳定性。这些特性使马氏体时效钢成为汽车工业中的常用材料，可用于制造传动轴、齿轮、弹簧和重型变速器；在航空航天领域，马氏体时效钢可用于制造火箭和导弹的蒙皮；在体育产业中，可用于制造击剑、自行车车架和高尔夫球杆头。
增材制造马氏体时效钢的材料标准将提高市场接受度和可用性。
l 受影响的标准化空白
FMP1：材料属性（高优先级）
l 解决方案
该项目将确定行业要求，针对增材制造技术制定马氏体时效钢的标准，并开发技术数据支持这些需求。这项工作范围将通过工业调查以及对市场上可购买的马氏体时效合金和增材制造工艺进行机械测试来完成。
NAMIC和新加坡A * Star国家计量中心将制定标准指南，用于指导粉末床熔化和粘结剂喷射技术制造的金属零件在进行无损检测时的体积可追溯性。该项目将评估这两种金属3D打印技术制造的组件，并为评估零件质量提供指导。
l 挑战
X射线计算机断层扫描（XCT）是金属增材制造组件无损检测的主要方法，用于提供孔径、形状和分布等详细信息。但是，在进行部件内孔隙的体积可追溯性的检测时仍然受到限制。为保证功能性金属3D打印零件的质量，需要增强零件密度和孔隙率的定量表征以及孔分布细节。
l 受影响的标准化空白
NDE3：增材制造零件无损检测的标准指南（高优先级）
l 解决方案
该项目将通过开发XCT的体积可追溯性方法，增强增材制造零件和质量保证的测试技术。
项目组将使用CT 和比重瓶测定方法，对粉末床熔融和粘结剂喷射工艺制造的金属3D打印零件进行检测，生成密度和孔隙率数据集，并将使用人工智能（AI）分析所得数据，以实现样品内孔隙率的体积可追溯性。
美国宇航局（NASA）和奥本大学将设计一系列测试组件和方法，来验证粉末床熔融工艺参数。这些测试样件将使得制造商能够合并具有挑战性的几何形状来确认参数集是否可靠，并在各种局部热条件下产生合适的零件质量。
l 挑战
在粉末床熔融工艺工艺的鉴定中，需要证明参数设置对热工况变化的容忍度。当前的过程通常应用一组固定的参数，而不考虑零件的几何形状和构建中的其他因素。一些制造商保留适用于外部轮廓或朝下表面的固定参数子集，但这些参数通常不适合局部热条件。
l 受影响的标准化空白
PC5：参数控制（中等优先级）
l 解决方案
该项目将通过热挑战构建验证由零件几何形状定义的极端工艺条件参数集。该项目将确认固定参数集对大多数零件几何形状都是可靠的，从而导致在各种零件几何形状上成功构建的可能性更高。
根据3D科学谷的市场观察，ASTM 近日获得了第三轮融资，资金用于支持这些有助于加快增材制造标准的新研究。2019年10月，ASTM 获得了第二轮融资，并将这笔资金用于支持9个增材制造标准化研究项目，详细研究内容请参考《ASTM全方位推动ASTM增材制造卓越中心（CoE）加速标准化研究进展》。
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