GB/T 37698-2019 增材制造 设计 要求、指南和建议

ICS25.030

J04

中华人民共和国国家标准

/—

GBT376982019

、

增材制造设计要求指南和建议

——,

AdditivemanufacturinDesinReuirementsuidelinesandrecommendations

ggqg

(/:,)

ISOASTM529102018MOD

2019-06-04发布2019-06-04实施

国家市场监督管理总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—

GBT376982019

目次

前言…………………………Ⅲ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………2

4目的概述…………………2

5设计优势和约束…………………………6

6设计因素…………………8

7设计者注意事项…………………………20

()/:……

附录资料性附录本标准与相比的结构变化情况

AISOASTM52910201822

()/:…

附录资料性附录本标准与的技术性差异及其原因

BISOASTM52910201823

参考文献……………………24

Ⅰ

/—

GBT376982019

前言

本标准按照/—给出的规则起草。

GBT1.12009

/:《、》。

本标准使用重新起草法修改采用增材制造设计要求指南和建议

ISOASTM529102018

/:,/

本标准与相比在结构上有较多调整附录列出了本标准与

ISOASTM529102018AISOASTM

:的章条编号对照一览表。

529102018

/:,

本标准与相比存在技术性差异附录中给出了相应技术性差异及其原

ISOASTM529102018B

因的一览表。

本标准还做了下列编辑性修改:

———,“(/)”/

根据我国国情6.4.4中用全国塑料制品标准化技术委员会SACTC48替换了ISO

:的中的“委员会”;

ASTM5291020186.4.4ASTMD20

———将/:的和中规范性引用但未列入第章的/

ISOASTM5291020186.6.86.9.22ISOASTM

补列在第章;

529012

———/:“,,

删除了的中的例句同样有关原材料特性的标准正在制定如

ISOASTM5291020186.7.1

()”;

粉末床熔融工艺的金属粉末见ASTMF3049-14

———/:“

删除了的中的未来可能做的标准及例句关于材料分类的综

ISOASTM5291020186.7.2.1

,,

合标准将会发布该标准可能包括本部分的一些内容例如ASTMF3122-14是评估增材制造

金属零件的力学性能的指南”;

———,/,

在参考文献中删除了正文已引用的规范性引用文件ISOASTM52900增加了正文提及的

参考标准/。

GBT16288

。。

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SACTC562归口

:、、

本标准起草单位湖南华曙高科技有限责任公司中机生产力促进中心无锡市产品质量监督检验

、、、、

院上海材料研究所武汉华科三维科技有限公司北京易加三维科技有限公司南京中科煜宸激光技术

、、、

有限公司机械科学研究总院集团有限公司青岛三迪时空增材制造有限公司北京星航机电装备有限

、、。

公司青岛海尔智能技术研发有限公司山东创瑞增材制造质量技术创新研究院有限公司

:、、、、、、、、、、

本标准主要起草人许小曙薛莲冒浴沂李海斌顾哲明文世峰谭鹏程张国庆华晨单忠德

、、、。

李培学李明亮刘永辉吕忠利

Ⅲ

/—

GBT376982019

、

增材制造设计要求指南和建议

———,。

警示本标准不支持处理所有安全问题仅可能包含与安全使用相关的问题本标准的使用者

,。

负责在使用前建立适当的安全和健康措施并确定其限制的适用性

1范围

、。

本标准给出了增材制造产品设计的要求指南和建议

、、、。

本标准适用于由任何增材制造系统制造的各种产品装置系统组件或零件的设计

本标准有助于确定在设计项目中利用哪些设计因素或利用哪些增材制造工艺的能力。

,、。

本标准对常见问题提供指导建议但不包括特定的设计方案工艺或材料数据

本标准的使用对象包括以下三类:

———增材制造产品的设计者及其管理者;

———学习机械设计和计算机辅助设计的学生;

———增材制造设计指南和设计指导系统的开发者。

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是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

/:(/—,:

金属材料拉伸试验第部分室温试验方法

GBT228.11GBT228.12010ISO6892-1

,)

2009MOD

/:、

塑料非泡沫塑料密度的测定第部分浸渍法液体比重瓶法和滴定法

GBT1033.11

(/—,:,)

GBT1033.12008ISO1183-12004IDT

/塑料吸水性的测定(/—,:,)

GBT1034GBT10342008ISO622008IDT

/:(/—

塑料拉伸性能的测定第部分模塑和挤塑塑料的试验条件

GBT1040.22GBT1040.2

,:,)

2006ISO527-21993IDT

/塑料压缩性能的测定(/—,:,)

GBT1041GBT10412008ISO6042002IDT

/:(/—,

绝缘材料电气强度试验方法第部分工频下试验

GBT1408.11GBT1408.12016

:,)

IEC60243-12013IDT

/、、()

GBT1409测量电气绝缘材料在工频音频高频包括米波波长在内下电容率和介质损耗因数

的推荐方法(/—,:,)

GBT14092006IEC602501969MOD

/固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法(/—,:

GBT1410GBT14102006IEC60093

,)

1980IDT

/:、

塑料负荷变形温度的测定第部分塑料硬橡胶和长纤维增强复合材料

GBT1634.22

(/—,:,)

GBT1634.22004ISO75-22003IDT

/塑料悬臂梁冲击强度的测定(/—,:,)

GBT1843GBT18432008ISO1802000IDT

/金属材料单轴拉伸蠕变试验方法(/—,:,)

GBT2039GBT20392012ISO2042009MOD

1

/—

GBT376982019

/塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法(/—,:

GBT2408GBT24082008IEC60695-11-10

,)

1999IDT

/()(/—,:

塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度邵氏硬度

GBT2411GBT24112008ISO868

,)

2003IDT

/:(/—,:,

塑料硬度测定第部分洛氏硬度

GBT3398.22GBT3398.22008ISO2039-21987

IDT)

/金属材料热膨胀特征参数的测定

GBT4339

/金属材料室温压缩试验方法

GBT7314

/塑料弯曲性能的测定(/—,:,)

GBT9341GBT93412008ISO1782001IDT

/:(/—,:

塑料蠕变性能的测定第部分拉伸蠕变

GBT11546.11GBT11546.12008ISO899-1

,)

2003IDT

/增材制造术语

GBT35351

/塑料剪切强度试验方法穿孔法

HGT3839

/增材制造主要原则增材制造产品采购要求(—

ISOASTM52901Additivemanufacturing

—)

GeneralrincilesReuirementsforurchasedAMarts

ppqpp

/增材制造术语坐标系和测试方法(—

ISOASTM52921AdditivemanufacturinStandard

g

—)

terminoloforadditivemanufacturinCoordinatesstemsandtestmethodoloies

gygyg

3术语和定义

/、/界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

GBT35351ISOASTM52921

3.1

设计因素desinconsideration

g

影响零件设计者决策的因素。

:。

注设计者确定哪些因素可能影响零件设计并采取适当的措施

3.2

工艺链rocesschain

p

为实现零件的预期性能所需的一系列制造工艺。

4目的概述

4.1概述

、。:

本标准提供了增材制造零件和产品的设计要求指南和建议主要包含以下内容

———();

增材制造为设计者提供的机会和设计自由度见第章

5

———();

设计者在设计增材制造零件时宜考虑的问题见第章

6

———()。

基于许多增材制造系统中存在的问题给予设计者警示见第章

7

4.2增材制造设计总策略

,。,

参考典型机械零件的结构设计流程增材制造设计总策略如图所示其中成本是主要的决策依

1

,,、。,

据在条件允许的情况下设计者可以以质量交货周期或其他决策依据代替成本另外设计者除考虑

2

/—

GBT376982019

、,。

与功能特性机械性能和工艺特性等相关技术因素外还宜考虑选择增材制造工艺所带来的风险

图增材制造设计总体策略

1

4.3增材制造潜能评定

,“”。,、

增材制造评定流程图如图所示是对图中增材制造潜能评定的展开其中材料选择零件

21

、(、、),

尺寸是否满足设备的成形空间体零件特征定制化轻量化复杂几何结构是否适合增材制造是增材

,。

制造潜能评定的主要依据也经常应用到许多技术零件的机械工程中

3

/—

GBT376982019

图增材制造潜能评定流程图

2

4.4增材制造工艺选择

,“”,

增材制造工艺选择如图所示是对图中增材制造工艺选择的展开经常用于机械零件的制造

31

。,,,

工艺选择其中材料的选择对于确定合适的工艺是至关重要的如果能确定合适的材料和工艺组合

、、。

则可以考虑表面要求几何形状静态力学性能和动态力学性能等其他设计要求

4

/—

GBT376982019

:

材料金属

主要技术要点粉末床熔融材料喷射材料挤出薄材叠层

表面质量

粗糙度

台阶效应

几何属性

尺寸精度

静态力学性能

孔隙率

拉伸强度

韧性

动态力学性能

疲劳寿命

图增材制造工艺选择

3

5

/—

GBT376982019

5设计优势和约束

5.1概述

,,。,

通常如果零件能够使用传统制造工艺经济地制造则该零件不宜使用增材制造工艺生产相反

、、,

适合用增材制造生产的零件通常具有复杂或定制化的几何形状小批量特殊的特征组合或以上特征

。,。

的组合工艺和材料的改进会引起这些特征的改变

5.2设计优势

5.2.1背景

。,

增材制造是通过逐层叠加材料的方式制造零件与其他制造工艺相比增材制造具有更多的设计

。,,,

自由度例如用材料喷射工艺制造零件零件由数百万个微滴组成离散的控制数百万次微米到纳米

,。

级的操作既是机遇也是挑战增材制造与传统制造工艺的区别在于设计因素和制造工艺变量之间存

,。

在着明显的相互依赖性复杂工艺流程可能约束设计优势的发挥

5.2.2概述

、、,

增材制造逐层叠加的特性意味着制造任何形状的零件都不需要模具工装夹具等工具能够实现

、,、,:(

个性化定制结构轻量化设计以及简化零件设计出质量更轻性能更好的零件例如个性化需求客户

);(、、)

或患者等的几何形状制造成本降低复杂几何构造可采用蜂窝结构蜂窝点阵泡沫或其他常用的结

;,,(

构设计用一个或少数几个几何结构复杂的零件替代传统制造需要的多个零件同时零件数量减少零

),、、、、,

件简化对下游工序有许多益处能减少装配时间维修时间车间复杂度备件库存工具等从而在产

;。

品的整个生命周期中节约成本复杂医学模型还可借助医学影像数据使其制作更容易

5.2.3组分控制

,。,

在许多增材制造工艺中材料的组分或性能在整个零件内可能会发生变化基于这种特性可通过

,,

改变材料组分或微观结构来制造功能梯度零件从而获得所需的机械性能分布但仅限于特定增材制造

工艺和设备。

,,

除立体光固化外几乎所有增材制造工艺能实现材料层间的离散控制一些工艺能实现材料层内的

,。,,

离散控制而一些工艺能实现点与点的材料变化控制例如在材料喷射和黏结剂喷射工艺中材料的

;,

组分可以以几乎连续的方式实现微滴到微滴甚至混合液滴的变化在定向能量沉积工艺中能通过改变

;,

输入熔池中的粉末成分来改变材料组分在材料挤出工艺中使用多个沉积头可以实现离散控制材料组

;,。

分而粉末床熔融工艺因分离未熔化的混合粉末有一定困难存在一定局限性

,,

但随着技术发展和时间推移设备性能将不断完善提高材料组分的灵活性和性能控制能力是技术

发展的一大趋势。

5.2.4设计优化

,,“”,。

当前可通过优化设计来改进零件结构性能实现面向功能设计即用数字化定义零件的功能

。、,

在这方面已经开发了新型拓扑结构和形状优化方法利用蜂窝点阵或泡沫结构可设计出复杂几何结

、,。

构复杂材料组成和变化或两者结合的零件

5.2.5其他

,。

增材制造由于制造零件不需要模具因此交货周期短

6

/—

GBT376982019

,。

对零件特定的基础设施进行少量投资可能实现大规模定制并快速响应市场变化

,。

在修复方面零件再制造的成本和交货周期上优势明显

5.3约束

5.3.1概述

、、。

设计者宜根据成本性能交付价值和风险因素来决定是否采用增材制造工艺

5.3.2成本

增材制造工艺的主要优势是在制造各种复杂的和定制化的零件形状的灵活性以及复合材料的分

。,。

布在制造时间和成本没有明显改进前增材制造可能不适合大批量生产简单形状的零件

5.3.3性能

、、

设计者应了解材料选择原料的种类和质量材料的机械性能和物理性能与其他制造工艺中使用的

不同。

,

增材制造中的材料之所以具有不同的特征和性能是因为这些材料的加工方式与传统制造工艺不

,。

同工艺的可变性是约束设计自由度的一个重要问题设计者宜意识到增材制造零件的性能与工艺参

数紧密相关。

,。,(、)

此外设计者还宜了解材料的各向异性在一些工艺中成形平面XY方向的性能与成形方向

(),,。,

Z方向上是不同的对于一些金属材料增材制造能实现比锻造更好的机械性能但通常抗疲劳和

抗冲击强度等性能不如传统制造。

5.3.4离散化

。,:

所有的增材制造设备在制造零件前会将零件几何形状进行离散离散化可采取几种形式例如许

;,;

多增材制造设备用逐层叠加的方式制造零件在材料和黏结剂喷射工艺中沉积离散的微滴材料在其

,()。

他工艺中使用离散轨迹如激光加工材料

,,,

由于零件几何形状的离散化层与层之间的分层明显所以零件外表面不光滑有时候零件可能存

在小的内部孔洞。

,:;

几何形状离散化还有其他的影响例如细小特征丢失相对于成形方向倾斜的薄壁或支柱成形后

;,,;

变厚如果薄壁和细柱结构接近水平放置由于层与层之间重叠部分较少所以薄壁和细柱非常薄弱小

(、)。

的负向特征如孔洞成形后的尺寸比设计值小且变形

5.3.5后处理

,。、

许多增材制造工艺需要后处理最终用户也可能会提出后处理要求后处理可以使用各种机械的

、。

化学的热学的方法

,。,

一些增材制造工艺在成形零件时需要使用支撑结构成形后支撑结构需移除有时候支撑可以使

,。

用溶剂移除但有些支撑需机械方法去除设计者宜考虑到这些额外的劳动和手工处理以及这些操作

。,。

需要的时间此外设计者还宜了解支撑结构可能会影响被支撑表面粗糙度或精度

,,、、、

除了支撑结构的移除可能还需要其他后处理包括粉末清除表面抛光机械加工热处理和涂

层等。

,、()

如果零件有任何空腔设计者宜在零件中设计能使支撑结构未烧结粉末粉末床熔融工艺或液态

()。

树脂立体光固化工艺从空腔中排出的特征

,、、、(,

根据精度和表面粗糙度要求零件可能需要精加工抛光磨削喷丸处理例如金属零件可能要求

7

/—

GBT376982019

),、,。

热处理以消除残余应力也可能需要涂装电镀或树脂浸渗等但会增加零件制造成本

5.3.6成形尺寸

<>,

需考虑技术性和经济性每种增材制造工艺有一定的成形范围如果零件尺寸大于增材制造工艺

,,。

的成形范围可以将零件分成多个子零件这些子零件在制造完成后再进行组装

6设计因素

6.1概述

、、、、、、。

本章给出了一些包括产品使用可持续性商业几何材料性能工艺和通信在内的设计因素

6.2产品因素

6.2.1优化设计

,,、。

设计者通过对零件的形状和结构进行优化设计能获得如最小重量最大刚度等在内的性能也

、,。

可能使用多种材料复杂形状或零件合并的方法设计多功能零件这种设计具有显著的经济效益

6.2.2零件一体化

,。、

良好的设计是在保证性能的前提下减少产品或模型中的零件数量由相同材料制造彼此没有相

、。,

对运动不影响其他零件装配的相邻的零件能合并这种做法通常叫作零件一体化是标准的面向装配

设计的因素。

6.2.3装配特征

。,

设计的零件在装配过程中宜具有易插入和固定的特征根据装配要求增材制造可以使装配特征

,、(、)。

集成到大多数零件设计中如卡扣定位特征和支撑其他零件的特征肋筋增材制造为复杂几何形

/,。

状的设计提供了更大程度的设计灵活性自由度同时鼓励设计者在设计装配特征上进行创新设计者