我国增材制造产业综合标准化技术体系的建议

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(无锡市产品质量监督检验院, 无锡 214101)

我国增材制造产业综合标准化技术体系的建议

刘琼馨,王顺权

(无锡市产品质量监督检验院, 无锡 214101)

介绍了国外增材制造产业标准化技术体系及国内增材制造产业的标准化现状，并根据我国增材制造产业的发展情况，提出了以通用基础、增材制造软件及数据处理、材料、成形工艺、系统及部件、设备、成形件、检测评估、技术服务等9大子体系来组成我国增材制造产业综合标准化技术体系框架的建议，同时还对我国增材制造产业综合标准化技术体系的建设提出了建议，为推动我国增材制造产业的健康发展提供标准技术支撑。

增材制造； 产业； 标准化； 技术体系

标准是新技术从诞生走向成熟的标志，是一种产业和经济的秩序体现，也是新技术实现规模化应用的基础。产业综合标准化技术体系是指在产业范围内，所有标准按内在联系而形成的科学有机整体。标准体系及标准的内容与产业技术和产业发展息息相关，是科技水平、资源条件、经济结构、管理和政策等因素的综合反映。笔者旨在通过研究国内外增材制造产业及标准体系情况，对我国增材制造产业综合标准化技术体系的建立作初步探讨。

1 我国增材制造产业标准体系建立的重要性

增材制造在一定程度上俗称三维(3D)打印。自2009年以来，全球3D打印产业保持快速增长态势，市场收入年复增长率超过25%。沃勒斯协会(Wohlers Associates)调查报告显示，2015年全球增材制造行业市值接近51.65亿美元，年复合增长率(CAGR)达25.9%。预计2017年全球3D打印产业规模将突破100亿美元，2020年前，增材制造技术将全面实现产业化。与此同时，国际增材制造标准从2009年开始进入有组织的快速发展阶段。美国材料试验协会ASTM(American Society of Testing Materials)和国际标准化组织ISO分别成立了专门的增材制造技术委员会ASTM F42和ISO/TC 261，开展增材制造领域的标准研究和制修订工作，进一步推动了增材制造技术在各领域的快速发展[1]。

我国增材制造产业标准化工作与国际上的基本同时起步，但在产业快速发展的近5 a(年)时间内未能与时俱进，远滞后于产业的发展。由于在增材制造材料、装备及产品性能、质量评价、尺寸精度、可靠性、稳定性等方面缺乏相关标准依据，国内产品质量参差不齐，市场秩序较混乱。目前我国现有的标准主要针对于早期的快速成形机床产品，尚未形成增材制造产业的标准体系，这在一定程度上阻碍了我国增材制造技术的规模化应用。

因此，我国迫切需要建立增材制造产业标准体系，强化顶层设计，确定标准制修订工作规划，有计划、有步骤地推进整个标准体系的不断完善，进一步提升我国增材制造产业的整体技术水平、质量可靠性和市场竞争力，规范和促进我国增材制造产业的健康发展，推动增材制造技术的规模化应用。同时加强国际标准化交流和互动，带领中国增材制造企业抢占国际标准制高点。

2 国外增材制造产业标准体系

2.1ASTM增材制造标准体系

2012年，美国国家标准技术研究院NIST提出了增材制造技术标准战略规划，确定了增材制造标准体系框架结构、标准制修订任务、规划标准优先级，以实现ASTM F42影响的最大化，同时避免标准的重复与矛盾，提高标准的整体性和易用性。

ASTM增材制造技术标准制修订工作的重点主要涉及9个方面的内容[2]，分别为鉴定和认证方法、设计指南、原材料性能检测方法、3D打印终端部件力学性能检测方法、材料回收(再利用)指南、循环测试标准协议、标准测试样件、3D打印制品选购要求、现有ISO/ASTM术语标准统一。

目前为止，ASTM共颁布了10余项标准，如表1所示，现有20多个标准仍在制修订过程中，不仅涵盖了术语、文件格式、设计指南等基础标准，也包括激光和电子束铺粉熔覆工艺制造的钛合金和镍合金产品、增材制造装备如塑料粉末床等相关的产品标准，构成了基础标准体系和开放的产品标准体系。

表1 已发布的ASTM增材制造标准Tab.1 Published ASTM standards for additive manufacturing

2.2ISO增材制造标准体系

2015年，ISO/TC 261与ASTM F42两个组织达成初步的标准工作框架协定，将增材制造标准体系框架分为3个层次[3]。其中最高级为基础标准，包括术语、工艺与材料、测试方法、设计与数据等方面；第二级为分类标准，包括原材料、工艺、装备分类、零件技术指标及测试等方面；第三级为专用标准，包括专用材料检测标准、工艺专用标准、应用标准等。

目前 ISO/TC 261单独发布了4项增材制造标准，并与ASTM F42联合制定了3项增材制造标准，如表2所示，初步构建了顶层基础标准体系。

表2 已发布的ISO增材制造标准Tab.2 Published ISO standards of additive manufacturing

3 我国增材制造产业的标准化现状

我国于2002年开始增材制造产业标准化的相关工作，依托全国特种加工机床标准化技术委员会，主要针对快速成形机床产品制订了近10项国家标准及行业标准，但内容较单一，标准没有涉及关键共性、设计、工艺和方法、检验与测试等方面的需求，很难全面反映国内现有增材制造技术的研究水平。

近年来，国家出台各项政策支持增材制造的产业化发展，对标准化工作也提出了要求。《增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》明确提出要建立和完善产业标准体系。增材制造作为智能制造的核心技术，也是《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020年)》中的重要工作内容。此外，开展增材制造标准化工作也是对接《中国制造2025》等国家重大规划和战略布署、推动我国增材制造技术产业化发展的重要手段。

2014年7月，国家标准化管理委员会批准中机生产力促进中心作为国际标准化组织 ISO/TC 261的国内技术对口单位，并推动我国成为ISO/TC 261的参与成员国(Participating Member)[4]。2016年，全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC 562)正式成立，主要负责制修订相关行业的国家标准，包括增材制造术语和定义、工艺方法、测试方法、质量评价、软件系统及相关技术服务等方面，进一步规范中国3D打印市场产品及服务标准。

目前，我国已发布及正在制修订中的增材制造标准如表3所示，共有国家标准13项，行业标准4项，其中针对早期快速成形机床的标准11项。《增材制造技术 术语》、《增材制造技术 文件格式》等6项国家标准已立项，并成立了标准起草组，实现了增材制造领域重要基础标准的突破。

4 我国增材制造产业综合标准化技术体系

4.1对我国增材制造产业标准体系框架的建议

根据我国增材制造产业构成，结合国际标准化技术体系的研究情况，探索以通用基础、增材制造软件、材料、成形工艺、系统及部件、设备、成形件、检测评估、技术服务共9大部分来组成我国增材制造产业综合标准化技术体系框架，每部分由若干个不同的标准子体系构成。

通用基础性标准分为术语和定义、分类、通用技术规范。增材制造软件及数据处理标准子体系包括设计软件、数据处理和转换、控制软件、扫描软件等标准。增材制造材料标准子体系由金属材料、非金属材料、生物材料、复合材料等组成。增材制造材料成形工艺子体系由金属成形工艺、非金属成形工艺、生物成形工艺、复合成形工艺等组成。增材制造系统及部件标准子体系由供料系统及部件、运动执行系统及部件、光学系统及部件、能量源系统及部件、监控系统及部件等标准构成。增材制造设备标准子体系包括工业级增材制造设备、消费级增材制造设备、生物医疗增材制造设备、食用品增材制造设备、衍生品(如三维扫描仪、3D打印笔)等标准。增材制造检测评估标准子体系主要包括试验方法、检测设备、评价规范、实施规范等标准。增材制造成形件标准子体系主要包括面向工业制造、生物医疗、航空航天、消费文化等领域制造的成形件标准。增材制造技术服务标准子体系主要包括云服务、系统集成、维护、培训等相关标准。据此提出了增材制造产业综合标准化技术体系框架，如图1所示。

图1 增材制造产业综合标准化体系框架Fig.1 Standard system framework of additive manufacturing industry

4.2对我国增材制造产业综合标准化技术体系建设的建议

(1) 由于增材制造技术的工艺、材料、应用涉及多学科、多领域，因此相关标准的研究制订工作是一项十分艰巨而重要的任务，需要更多产业链上的机构和专业技术人员参与到该产业标准体系的建设中来。

(2) 加快已立项标准的制订进度，积极开展具有先进技术水平的团体标准的制修订工作，对适合我国增材制造产业发展特点的相应国际标准化组织的标准及时进行转化。同时积极参与国际相关标准的制修订工作，带领中国增材制造企业抢占标准制高点。

(3) 检测评估标准是检验和评价增材制造软件、材料、装备、零部件、应用产品的特性、功能、可靠性、安全性等的重要依据，检测评估标准子体系应作为我国增材制造标准体系建设的重要内容。

(4) 加强标准的宣贯和培训工作，加深产业链各方对标准的认识和理解，提高相关企业贯彻执行标准的自觉性，促进产品质量和技术水平的提升。

5 结束语

从国内外增材制造技术及应用情况的研究可见[5-6]，增材制造技术越来越广泛地应用到工业制造、医疗、航空航天等对国家和人民生活安全有重大影响的领域。建立和完善增材制造产业标准体系已列为《增材制造产业发展推进计划(2015-2016年)》和《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020年)》中的重要工作内容。随着我国增材制造产业标准化工作的不断发展以及标准体系的建立和完善，标准化的规范、支撑和引领作用将为增材制造产业的健康发展提供有效的标准支撑。

[1] 景绿路.国外增材制造技术标准分析[J].航空标准化与质量,2013(4):44-48,56.

[2] 黎海雄.欧盟3D打印标准化路线图(上)[J].新材料产业,2016(6):16-22.

[3] 王灿友,苏秦,李涤尘.3D打印标准化探究[J].信息技术与标准化,2015(12):18-21.

[4] 肖承翔,李海斌.增材制造技术与标准化最新进展[J].信息技术与标准化,2015(6):27-29.

[5] 李振,张云波,张鑫鑫.光敏树脂和光固化3D打印技术的发展及应用[J].理化检验-物理分册,2016,52(10):686-689,712.

[6] 史玉升.3D打印技术的工业应用及产业化发展[J].机械设计与制造工程,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

刘琼馨(1982-)，女，高级工程师，博士，主要从事增材制造领域检测及标准研究工作，johnking_liu@126.com

G307

：A

：1001-4012(2017)09-0651-04