我國增材制造產業綜合標準化技術體系的建議

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(無錫市產品質量監督檢驗院, 無錫 214101)

我國增材制造產業綜合標準化技術體系的建議

劉瓊馨,王順權

(無錫市產品質量監督檢驗院, 無錫 214101)

介紹了國外增材制造產業標準化技術體系及國內增材制造產業的標準化現狀，并根據我國增材制造產業的發展情況，提出了以通用基礎、增材制造軟件及數據處理、材料、成形工藝、系統及部件、設備、成形件、檢測評估、技術服務等9大子體系來組成我國增材制造產業綜合標準化技術體系框架的建議，同時還對我國增材制造產業綜合標準化技術體系的建設提出了建議，為推動我國增材制造產業的健康發展提供標準技術支撐。

增材制造； 產業； 標準化； 技術體系

標準是新技術從誕生走向成熟的標志，是一種產業和經濟的秩序體現，也是新技術實現規模化應用的基礎。產業綜合標準化技術體系是指在產業范圍內，所有標準按內在聯系而形成的科學有機整體。標準體系及標準的內容與產業技術和產業發展息息相關，是科技水平、資源條件、經濟結構、管理和政策等因素的綜合反映。筆者旨在通過研究國內外增材制造產業及標準體系情況，對我國增材制造產業綜合標準化技術體系的建立作初步探討。

1 我國增材制造產業標準體系建立的重要性

增材制造在一定程度上俗稱三維(3D)打印。自2009年以來，全球3D打印產業保持快速增長態勢，市場收入年復增長率超過25%。沃勒斯協會(Wohlers Associates)調查報告顯示，2015年全球增材制造行業市值接近51.65億美元，年復合增長率(CAGR)達25.9%。預計2017年全球3D打印產業規模將突破100億美元，2020年前，增材制造技術將全面實現產業化。與此同時，國際增材制造標準從2009年開始進入有組織的快速發展階段。美國材料試驗協會ASTM(American Society of Testing Materials)和國際標準化組織ISO分別成立了專門的增材制造技術委員會ASTM F42和ISO/TC 261，開展增材制造領域的標準研究和制修訂工作，進一步推動了增材制造技術在各領域的快速發展[1]。

我國增材制造產業標準化工作與國際上的基本同時起步，但在產業快速發展的近5 a(年)時間內未能與時俱進，遠滯后于產業的發展。由于在增材制造材料、裝備及產品性能、質量評價、尺寸精度、可靠性、穩定性等方面缺乏相關標準依據，國內產品質量參差不齊，市場秩序較混亂。目前我國現有的標準主要針對于早期的快速成形機床產品，尚未形成增材制造產業的標準體系，這在一定程度上阻礙了我國增材制造技術的規模化應用。

因此，我國迫切需要建立增材制造產業標準體系，強化頂層設計，確定標準制修訂工作規劃，有計劃、有步驟地推進整個標準體系的不斷完善，進一步提升我國增材制造產業的整體技術水平、質量可靠性和市場競爭力，規范和促進我國增材制造產業的健康發展，推動增材制造技術的規模化應用。同時加強國際標準化交流和互動，帶領中國增材制造企業搶占國際標準制高點。

2 國外增材制造產業標準體系

2.1ASTM增材制造標準體系

2012年，美國國家標準技術研究院NIST提出了增材制造技術標準戰略規劃，確定了增材制造標準體系框架結構、標準制修訂任務、規劃標準優先級，以實現ASTM F42影響的最大化，同時避免標準的重復與矛盾，提高標準的整體性和易用性。

ASTM增材制造技術標準制修訂工作的重點主要涉及9個方面的內容[2]，分別為鑒定和認證方法、設計指南、原材料性能檢測方法、3D打印終端部件力學性能檢測方法、材料回收(再利用)指南、循環測試標準協議、標準測試樣件、3D打印制品選購要求、現有ISO/ASTM術語標準統一。

目前為止，ASTM共頒布了10余項標準，如表1所示，現有20多個標準仍在制修訂過程中，不僅涵蓋了術語、文件格式、設計指南等基礎標準，也包括激光和電子束鋪粉熔覆工藝制造的鈦合金和鎳合金產品、增材制造裝備如塑料粉末床等相關的產品標準，構成了基礎標準體系和開放的產品標準體系。

表1 已發布的ASTM增材制造標準Tab.1 Published ASTM standards for additive manufacturing

2.2ISO增材制造標準體系

2015年，ISO/TC 261與ASTM F42兩個組織達成初步的標準工作框架協定，將增材制造標準體系框架分為3個層次[3]。其中最高級為基礎標準，包括術語、工藝與材料、測試方法、設計與數據等方面；第二級為分類標準，包括原材料、工藝、裝備分類、零件技術指標及測試等方面；第三級為專用標準，包括專用材料檢測標準、工藝專用標準、應用標準等。

目前 ISO/TC 261單獨發布了4項增材制造標準，并與ASTM F42聯合制定了3項增材制造標準，如表2所示，初步構建了頂層基礎標準體系。

表2 已發布的ISO增材制造標準Tab.2 Published ISO standards of additive manufacturing

3 我國增材制造產業的標準化現狀

我國于2002年開始增材制造產業標準化的相關工作，依托全國特種加工機床標準化技術委員會，主要針對快速成形機床產品制訂了近10項國家標準及行業標準，但內容較單一，標準沒有涉及關鍵共性、設計、工藝和方法、檢驗與測試等方面的需求，很難全面反映國內現有增材制造技術的研究水平。

近年來，國家出臺各項政策支持增材制造的產業化發展，對標準化工作也提出了要求。《增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)》明確提出要建立和完善產業標準體系。增材制造作為智能制造的核心技術，也是《國家標準化體系建設發展規劃(2016-2020年)》中的重要工作內容。此外，開展增材制造標準化工作也是對接《中國制造2025》等國家重大規劃和戰略布署、推動我國增材制造技術產業化發展的重要手段。

2014年7月，國家標準化管理委員會批準中機生產力促進中心作為國際標準化組織 ISO/TC 261的國內技術對口單位，并推動我國成為ISO/TC 261的參與成員國(Participating Member)[4]。2016年，全國增材制造標準化技術委員會(SAC/TC 562)正式成立，主要負責制修訂相關行業的國家標準，包括增材制造術語和定義、工藝方法、測試方法、質量評價、軟件系統及相關技術服務等方面，進一步規范中國3D打印市場產品及服務標準。

目前，我國已發布及正在制修訂中的增材制造標準如表3所示，共有國家標準13項，行業標準4項，其中針對早期快速成形機床的標準11項。《增材制造技術 術語》、《增材制造技術 文件格式》等6項國家標準已立項，并成立了標準起草組，實現了增材制造領域重要基礎標準的突破。

4 我國增材制造產業綜合標準化技術體系

4.1對我國增材制造產業標準體系框架的建議

根據我國增材制造產業構成，結合國際標準化技術體系的研究情況，探索以通用基礎、增材制造軟件、材料、成形工藝、系統及部件、設備、成形件、檢測評估、技術服務共9大部分來組成我國增材制造產業綜合標準化技術體系框架，每部分由若干個不同的標準子體系構成。

通用基礎性標準分為術語和定義、分類、通用技術規范。增材制造軟件及數據處理標準子體系包括設計軟件、數據處理和轉換、控制軟件、掃描軟件等標準。增材制造材料標準子體系由金屬材料、非金屬材料、生物材料、復合材料等組成。增材制造材料成形工藝子體系由金屬成形工藝、非金屬成形工藝、生物成形工藝、復合成形工藝等組成。增材制造系統及部件標準子體系由供料系統及部件、運動執行系統及部件、光學系統及部件、能量源系統及部件、監控系統及部件等標準構成。增材制造設備標準子體系包括工業級增材制造設備、消費級增材制造設備、生物醫療增材制造設備、食用品增材制造設備、衍生品(如三維掃描儀、3D打印筆)等標準。增材制造檢測評估標準子體系主要包括試驗方法、檢測設備、評價規范、實施規范等標準。增材制造成形件標準子體系主要包括面向工業制造、生物醫療、航空航天、消費文化等領域制造的成形件標準。增材制造技術服務標準子體系主要包括云服務、系統集成、維護、培訓等相關標準。據此提出了增材制造產業綜合標準化技術體系框架，如圖1所示。

圖1 增材制造產業綜合標準化體系框架Fig.1 Standard system framework of additive manufacturing industry

4.2對我國增材制造產業綜合標準化技術體系建設的建議

(1) 由于增材制造技術的工藝、材料、應用涉及多學科、多領域，因此相關標準的研究制訂工作是一項十分艱巨而重要的任務，需要更多產業鏈上的機構和專業技術人員參與到該產業標準體系的建設中來。

(2) 加快已立項標準的制訂進度，積極開展具有先進技術水平的團體標準的制修訂工作，對適合我國增材制造產業發展特點的相應國際標準化組織的標準及時進行轉化。同時積極參與國際相關標準的制修訂工作，帶領中國增材制造企業搶占標準制高點。

(3) 檢測評估標準是檢驗和評價增材制造軟件、材料、裝備、零部件、應用產品的特性、功能、可靠性、安全性等的重要依據，檢測評估標準子體系應作為我國增材制造標準體系建設的重要內容。

(4) 加強標準的宣貫和培訓工作，加深產業鏈各方對標準的認識和理解，提高相關企業貫徹執行標準的自覺性，促進產品質量和技術水平的提升。

5 結束語

從國內外增材制造技術及應用情況的研究可見[5-6]，增材制造技術越來越廣泛地應用到工業制造、醫療、航空航天等對國家和人民生活安全有重大影響的領域。建立和完善增材制造產業標準體系已列為《增材制造產業發展推進計劃(2015-2016年)》和《國家標準化體系建設發展規劃(2016-2020年)》中的重要工作內容。隨著我國增材制造產業標準化工作的不斷發展以及標準體系的建立和完善，標準化的規范、支撐和引領作用將為增材制造產業的健康發展提供有效的標準支撐。

[1] 景綠路.國外增材制造技術標準分析[J].航空標準化與質量,2013(4):44-48,56.

[2] 黎海雄.歐盟3D打印標準化路線圖(上)[J].新材料產業,2016(6):16-22.

[3] 王燦友,蘇秦,李滌塵.3D打印標準化探究[J].信息技術與標準化,2015(12):18-21.

[4] 肖承翔,李海斌.增材制造技術與標準化最新進展[J].信息技術與標準化,2015(6):27-29.

[5] 李振,張云波,張鑫鑫.光敏樹脂和光固化3D打印技術的發展及應用[J].理化檢驗-物理分冊,2016,52(10):686-689,712.

[6] 史玉升.3D打印技術的工業應用及產業化發展[J].機械設計與制造工程,2016,45(2):11-16.

SuggestionsforTechnologySystemofIntegratedStandardizationforAdditiveManufacturingIndustryinChina

LIUQiongxin,WANGShunquan

(Wuxi Institution of Supervision and Testing on Product Quality, Wuxi 214101, China)

The current situation of additive manufacturing industry standards at home and abroad was introduced. According to the development situation of China additive manufacturing industry, the system framework of national additive manufacturing industry standards was proposed, which was consisted of nine subsystems of general basic, software and data processing for additive manufacturing, materials, forming processes, systems and components, equipments, formed parts, test and evaluation, technical services. Some suggestions for technology system construction of integrated standardization for additive manufacturing industry were put forward, in order to promote the sound development of additive manufacturing industry in China.

additive manufacturing; industry; standardization; technology system

10.11973/lhjy-wl201709008

2016-11-15

劉瓊馨(1982-)，女，高級工程師，博士，主要從事增材制造領域檢測及標準研究工作，johnking_liu@126.com

G307

：A

：1001-4012(2017)09-0651-04