ASTM国际标委会与Americas Makes合作推出增材制造数据战略指南，该指南指出了增材制造（AM）数据的差距、挑战、解决方案和行动计划。

来源：ASTM

 巨量数据的机会与挑战

处理增材制造数据的关键是数据的可追溯性和捕获，增材制造数据分析以及与CAD系统的集成。增材制造价值链中数据管理的挑战主要在于设计/制造工程，增材制造生产和测试以及认证。

同样，增材制造数据面临的挑战包括难以定义产品特性，非标准传感器的数据扑捉，机器日志，数据加密，设计和仿真中材料定义的粒度等等。推进测试套件与增材制造设备的兼容性，机器与设计和仿真系统的集成以及增材制造设备过程数据的标准非常重要。

根据ASTM国际标委会总监Mohsen Seifi博士，增材制造（AM）数据生态系统发展中的一个关键和巨大的差距是如何轻松安全地生成、存储、分析和共享关键和重要数据。该战略指南试图解决一系列差距，提供解决方案和潜在的行动计划，希望参与AM数据生态系统开发并为标准化做出贡献的行业利益相关者和AM专家都可以使用该指南。

ASTM的另一个最新成果是在ASTM的增材制造技术委员会（F42）内成立了一个新的数据小组委员会（F42.08）。小组委员会将开发并执行价值流映射，以识别获得完整的数字线程理解所需的需求、流程、工具和机会。

根据3D科学谷的市场研究，ASTM在增材制造数据战略指南中提出了创建一个健全有力的增材制造数据生态系统，以此推动3D打印进入指数级增长态势。

目前的共识是如下五个主题的工作需要尽快获得推动:

• 开发一个公共的增材制造数据指南
• 开发最小可行数据包
• 促进数据自动化获取的可行性
• 建立公共数据交换格式
• 建立跨行业数据基准以及价值流图谱

在数据的获取方面，目前的挑战是不同的测试工具提供商的数据获取方式，数据质量是不一样的。同样的数据在根据不同的测试方法测试后所呈现的结果是不一样的。另外还会有人工输入的数据所带来的错误。

在数据的管理方面，目前针对不同的3D打印设备所制造出来的零件没有系统化的数据标准来进行跨设备的结果比较。这使得标准化的工作也充满阻力。

由于增材制造的数据量十分浩大，如何管理后台支持数据，如何提供一个高效的基础设施来有效管理、分析这些数据是十分重要的。

在数据的安全性方面，如何保护和追溯数据，以理解在制造的每个过程中所发生的各个加工因素的相互作用是必要的。另外，还需要考虑如何在分享分析数据的同时考虑到数据的保护，分享数据可以提高合作，然而保护数据同样重要，这其中需要一个清晰的方法来推动双边的发展。

数据的分析方面，需要建立数据与零件性能的相关性，如果数据不能预言真实世界的加工结果，那么数据将是无效的。当然增材制造所产生的数据是巨量的，如果去伪存真，如何甄选出对加工结果有分析价值的数据流，这需要一个公共的指南来指导业界进行数据优化。

数据的应用实践方面，ASTM的增材制造数据工作小组将确定MVD(最小可行数据包）从而界定那些数据是必要的对增材制造加工结果起决定作用的数据。

总体来说，建立数据与产品结果之间的数字关联，如何将粉末特性、机器条件和加工参数相结合，理解这些因素如何影响最终零件的机械性能是必要的，也是赋能通过3D打印技术开发新材料，新产品的路径，3D科学谷认为这一切需要结合大量的数据，在算法与人工智能的基础上完成。

在这方面，德国亚琛已经率先而行，欧洲5G工业园区于2020年5月12日启动了5G网络，通过将近1平方公里的面积，19根5G天线和每秒10G比特的带宽，亚琛开始运行欧洲最大的5G研究网络。可以说欧洲5G工业园区正在创建一个全球范围内独特的生态系统，以研究、开发适应5G的工业4.0技术。

3D科学谷认为，不久的将来，3D打印的PK将进化成数据与人工智能的PK，那时候某种意义上，拥有制造数据的企业是幸福的，拥有基于人工智能软件的企业是幸福的。

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随着增材制造行业的不断发展，重要的是要记住标准在塑造其增长和发展中所发挥的作用，根据ASTM国际增材制造技术委员会（F42）执行委员会，目前增材制造中需要重视的最重要的标准有五个。

3D打印的散热器

 五大重要标准，推动行业发展

1. 增材制造技术的标准术语（F2792）

F2792是ASTM通过的第一个增材制造标准，它于2009年发布，创造了AM的定义，实质上，术语包括与AM技术相关的术语定义，术语说明，首字母缩写词，旨在标准化AM用户，生产者，研究人员，教育者，新闻媒体等使用的术语。通过为AM行业创建通用词典，该标准为AM标准的持续开发奠定了基础，并确保该领域的每个人都可以开始使用相同的语言。

2. ISO / ASTM 52900-AM术语-一般原则-术语

ISO / ASTM 52900于2015年发布（替代 F2792)，ISO / ASTM 52900大大扩展了原始术语。也是国际标准化组织（ISO），ASTM国际标委会共同制定并接受的AM的第一个标准，随后又被欧洲标准化委员会（CEN）接受。该标准将全球标准组织围绕增材制造领域统一起来，并协调跨界和跨行业的标准制定。该标准的另一修订版目前正在开发中，其中将包含更详细的准则和针对该行业的进一步说明。

3. Titanium-6 Aluminum-4 Vanadium粉床熔化增材制造的标准规范（F2924）

本标准涵盖了使用粉末床熔化（例如电子束熔化和激光熔化）进行增材制造的钛铝合金。它是ASTM制定的早期标准之一，通过对原料和供应链制定规范，为增材制造的早期应用方提供了工业环境中增材制造处理的宝贵观点。从这个角度来看，F2924对于那些希望进入AM-增材制造领域进行工业生产的企业来说，可以作为一份有价值的教育文件。此标准于2012年发布，提供了丰富的参考资源，这些参考资源已帮助众多增材制造企业起步。

4. ISO / ASTM 52901-增材制造–一般原则–采购AM零件的要求

ISO / ASTM 52901于2017年发布，提供了有关购买增材制造M零件时用户应注意的外观和要求的详细规格。每个零件应列出什么要求？它应该细化什么质量？尽管此标准对买方很重要，但对AM增材制造产品的制造商而言甚至更具影响力。在ISO / ASTM 52901的帮助下，生产商才能够更好地了解买家的要求以及他们每个零件都需要提供什么。

5. ISO / ASTM 52910-AM设计准则（ISO / ASTM 52910）

ISO / ASTM 52910通用指南提供了在产品设计中使用增材制造的要求和建议，52910的开发由ASTM开始，但最终经过修改以作为ISO / ASTM联合标准发布。由于通过增材制造技术来制造产品与传统制造方法的根本是不同的，因此成功使用AM需要一种方法来作为准则依据。

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当前，增材制造-3D打印技术也正在产生大量的暗知识，而充分利用增材制造过程中产生的用数据将能够支持多种应用，例如材料筛选、打印过程监控，打印后的零件性能预测，打印过程监控，质量可追溯，零件认证和数据安全。 如何将暗知识为人类所用，成为推动3D打印发展迫切需要解决的挑战。

通过新的方法和标准构建一个能够便利、安全的生成增材制造数据、存储、分析与共享增材制造数据的生态系统将促进增材制造技术的发展。为此，ASTM International 和America Makes 举行了增材制造数据研讨会，探讨了增材制造数据生成、增材制造先进数据驱动方法，以及增材制造数据库和数据管理系统等话题。

本期，3D科学谷将分享这一活动中所探讨的话题，以此来透视增材制造数据管理中存在的挑战及解决思路。

 流动的数据，衔接、管理、智能化的挑战

在增材制造过程中，片段化的数据是缺乏价值的，至少没有将数据的价值最大化，而如何将数据与数据之间的环节衔接起来，如何将数据汇聚起来，并充分发挥其价值，这是3D打印业界关心的话题。

当前ASTM的重点工作之一就是支持数据管理和架构建设。数据是任何制造过程资格和认证的基础。数据捕获、保留和验证对于形成稳健增材制造供应链至关重要。但是数据管理中存在一些关键挑战，例如人力、财务、知识和技能方面的资源不足，供应链协调、硬件、软件和方法上的技术差距，最重要的是缺乏最佳实践/标准。ASTM的重点工作是与合作伙伴合作，解决这些差距与挑战。

 从粉末到零件
案例分享：Carpenter的思路

从粉末制造到最终零件，这是一个颇为长的链条，Carpenter公司在这方面强化了应对整个增材制造粉末数据管理中的关键挑战能力。

挑战来自两方面：首先，共享从雾化过程到筛选，测试/认证以及最终库存中的数据的衔接是一个挑战。第二个挑战在于追踪粉末的使用和状况。如何建立数据与产品结果之间的数字关联，如何将粉末特性、机器条件和加工参数相结合，理解这些因素如何影响最终零件的机械性能。

为了应对这些挑战，Carpenter内部开发了PowderSolve软件，用于管理从雾化到零件生产的数据。不过，目前仍存在一些缺口需要完善，首先是标准缺口，特别是粉末的规格要求不可用，而这种规格可以成为帮助行业发展的标准。另一个缺口是在关键材料特性上未达成共识。

 增材制造大数据存储和分析平台
案例分享：GE的思路

关于增材制造大数据存储与分析，GE 目前的聚焦点在于将增材制造各个阶段的数据集成，数据集成的主要挑战之一是在整个增材制造生命周期中进行捕获和使用数据。

GE开发了SADL和SemTk之类的工具来管理流程链中的数据，SemTk可以快速为多个数据存储构建知识驱动型应用和知识驱动型接口。

为了进行有效的数据管理，未来的需求是开发通用的数据规范指南，指南中定义各项之间的模型关系，采用标准数据交换格式以用于捕获机器数据的标准机制和格式。增材制造数据管理的未来愿景是通过模型驱动的数据集成平台按需提供数据集成。

 医疗器械增材制造与数据
案例分享：FDA的思路

目前，FDA在数据领域的工作旨在从供应链到后处理方面理解数据，建立监管方面的标准。

机器学习和人工智能在增材制造中的应用是必然的，因为通过利用来自不同来源的增材制造数据，开发出用于实时质量控制的系统。FDA 肯定数据与标准结合发挥作用的地方，标准可以帮助FDA等监管机构进行更快的审查，并批准更好、更安全的医疗产品与设备，而这一切需要数字化的思路与体系来支撑。

 航空航天领域的数据管理
案例分享：NASA的思路

NASA关于增材制造数据管理的愿景是公共和私有云共存。

通过公有云，可以推动基于材料质量、工艺评定，SPC标准和设计准则的发展，通过公有云实现开放、可转移与分享的数据存储。对于私有云来说，对于NASA这样的机构，或许是不可避免将长期需要的一种存储方式。

数据的开放性，将影响行业标准的建立与发展，也将影响增材制造技术的应用发展速度。

 跨组织合作的数据生态系统
案例分享：空军研究实验室

空军研究实验室为了推动数据管理的标准和方案，需要从多个项目中获取、清理和分析数据。空军研究实验室正在开发一个数据生态系统，用于管理侧重于增材制造的跨组织合作数据。通过Hyperthought 工具，该工具可以集成来自多个来源的增材制造数据，提供用于协作的数字工作区以及与现有系统和设备集成。

集成面临的一些主要挑战是：处理来自不同来源的大量数据，如何捕获数据的变化，如何将这些数据组织成不同的格式、标签和分类，保证数据安全性以及设置数据访问权限。

空军研究实验室对来自三个组织的数据集进行的案例研究表明，数据缺少总体架构并且提取数据的时间较长。关键教训之一是，数据之间的关系建立很重要。空军研究实验室认为，建立更为详细和全面的数据链，将研究目标与数据链联系起来，填补标准中的空白是需要解决的关键挑战。

 数据驱动决策
案例分享：美国国家标准技术研究院（NIST）

美国国家标准技术研究院（NIST）探讨数据在链接和支持增材制造生命周期和价值链活动中起到的关键作用，数据驱动决策将成为增材制造进入产业化的显著特征。

数据共享对于简化增材制造开发和加速增材制造认证至关重要。在这里，增材制造数据标准对于业界来说是重要的，因为它可以有效地管理和共享增材制造数据。许多相关数据的ASTM国际标准，例如ASTM E1338和E2738，可以作为增材制造数据管理的ASTM标准的下一个发展参考。

 数据管理的通用语言
案例分享：西门子

数字化是增材制造的核心特征，数字制造的一个关键方面在于数据管理，因为数据构成了增材制造中几乎每个工作流的基础。

在增材制造中，数据是不断生成和传输的，但当前不一定得到了正确的分析。在增材制造中，由于非标准接口的存在，数据收集的瓶颈受到限制。西门子提倡通用的设备接口（UMATI）通用“语言”解决方案。

 通用数据交换格式
案例分享：宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室（ARL）

宾夕法尼亚州立大学应用研究实验室（ARL）提出一种通用数据交换格式（CDEF），这是一种用于共享增材制造数据的中性格式，以及一种从生成点自动进行数据收集的机制，尤其侧重于粉末床熔化（PBF）和定向能源沉积（DED）增材制造工艺。

ARL开发了用于增材制造的数据管理系统（DMSAM），以跟踪America Makes资助的单个工厂中的所有数据。该软件的作用是跟踪库存，从设计到后期处理的所有单个零件，并生成报告。虽然当前有许多数据管理软件可用，但是挑战在于它们之间无法交流或共享数据。

 集成与分析数据的系统
案例分享：ANSYS

ANSYS提供用以捕获增材制造价值链中数据，分析数据并将其与CAD / CAE集成的系统。

处理增材制造数据的关键方面是数据的可追溯性和捕获，增材制造数据分析以及与CAD系统的集成。增材制造价值链中数据管理的挑战主要在于设计/制造工程，增材制造生产和测试以及认证。

同样，增材制造数据面临的挑战包括难以定义产品特性，非标准传感器的数据扑捉，机器日志，数据加密，设计和仿真中材料定义的粒度等等。推进测试套件与增材制造设备的兼容性，机器与设计和仿真系统的集成以及增材制造设备过程数据的标准非常重要。

 数据驱动的3D打印车间自动化
案例分享：3YOURMIND

增材制造MES 软件企业3YOURMIND将数据谱系集成应用到标准、认证、机器学习、资格认证和供应链的各个方面。

这种做法旨在改善增材制造业务决策，改善质量保证（使用实时数据），提高增材制造数据安全性和优化现有流程，从而将3D打印车间的用户体验和自动化提升到一个新水平。这方面基于ASTM International 通过开发机器需要的标准，建立更高级别的设备连接性，从而促进标准化组、软件和增材制造技术提供商之间的沟通。

 数据驱动实现增材制造认证
案例分享：橡树岭国家实验室（ORNL）

使用常规方法认证增材制造零件面临许多挑战，而ORNL则采用相反的方法，通过了解工艺，优化工艺，对组件进行认证和鉴定，并创建一个用于工艺自我优化的反馈回路。

ORNL使用开源软件Dream.3D创建了一个集成数据管理平台，该软件捕获了3D打印工艺的各个方面。Dream.3D的突破性在于通过人工智能进行过程中原位质量控制的技术，与CT扫描相比，该技术可以捕获非常精细的增材制造缺陷。使用数据驱动技术可以实现对增材制造过程和组件的认证。

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据ASTM International全球增材制造计划负责人Mohsen Seifi博士，其目的是采取一种全方位的开发方式来从设计、原料、工艺、后处理到测试和鉴定等方面的填补目前的标准空白。

ASTM COE

 全方位的开发方式

关于ASTM增材制造卓越中心（CoE），根据3D科学谷的了解，ASTM所建立的CoE合作伙伴关系，不限国家区域（接受非美国区域），CoE中心致力于通过与ASTM的合作，推动增材制造领域的技术标准，教育和培训以及相关的研发工作。此外，CoE还将成为一个联盟，吸引其它利益相关的行业，使这些技术在各自应用领域中得到越来越好的利用。

ASTM第二轮投资推动ASTM增材制造卓越中心（CoE）全方位的标准化研究项目主题如下：

 更有效的检测流程

美国的奥本大学将致力于更有效的检测流程，以在激光粉末床熔化制造后发现潜在的零件质量问题。从3D打印机中取出零件后，在几个小时内进行的一系列测试，来识别和量化制造和材料质量的偏差。此外，奥本大学将与美国宇航局NASA合作，从先前资助的项目的第一阶段继续开展工作，以就合格的PBF激光粉末床3D打印设备和工艺的最低要求达成共识。在第二阶段，该团队将为评估方法建立定性和定量指标，并为标准实施提供建议。

 数据共享的最佳实践

应用技术开发商EWI旨在推动数字数据采集，自动化和数据分析的总体进步。EWI在焊接和连接、材料科学、过程传感和控制、无损评估、建模、结构力学和自动化方面建立了广泛的专业知识。EWI定义AM数据条目的最小子集和这些条目的分类法。由此产生的标准可以帮助建立数据共享的最佳实践，从而用于建立增材制造领域的通用数据字典以及数据管理路线图。

 粉末原料测试方法的熟练度&与后处理结合的最佳设计实践建议

位于英国的制造技术中心（MTC）将解决粉末原料测试方法中被认为可接受的测试结果但是缺乏指导原则的问题。通过ASTM的增材制造熟练度测试计划，操作员熟练度研究可以帮助用户理解可接受的测试结果以及不同实验室的典型结果差异。在另一个项目中，MTC计划解决由于设计能力不足，导致高成本、高不合格率和报废率的后处理问题，MTC计划制定指南，为每种后处理类型的设计提出最佳实践建议。

 嵌入参数的3D文件

新加坡的国家增材制造创新集群（NAMIC）将使用离轴监控来从激光粉末床熔化过程中获取光学和热图像。图像分析将帮助研究人员提取结构化数据，从而开发出一种代表打印过程和质量评估的3D文件程序来构建嵌入参数。NAMIC还将进行另外一个课题的研究，形成针对定向能量沉积（DED）和材料挤压（MEX）的指导方针和最佳实践。

  高分子材料微观结构分析和特定用途表征

美国威奇托州立大学的国家航空研究所（NIAR）将从现有的高分子塑料材料表征中收集信息，以创建结合了改进的测试方法的测试计划和矩阵。通过打印、测试和分析以生成其他数据。NIAR还计划研究增材制造的高分子材料试样与试样之间的特性关系，并通过研究多项测试的结果，以汇编出一种用于试样微观结构分析和特定用途表征的方法。

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公告称，为适应医疗器械产业发展需求，结合监管工作实际，经研究，国家药监局拟成立全国医用电声设备等3个医疗器械标准化技术归口单位（组建方案见附件），现予以公示。公示期间，如对医疗器械标准化技术归口单位组建方案有异议，请向国家药监局器械注册司反馈。

 医用电声设备标准化技术归口单位组建方案

医用电声设备标准化技术归口单位主要负责医用电声设备（主要为听力设备和助听设备及其相关系统和部件等）医疗器械行业标准制修订工作。

第一届医用电声设备标准化技术归口单位专家组由35名成员组成（名单见下表），秘书处由江苏省医疗器械检验所承担，由国家药监局医疗器械标准管理中心负责业务指导。

第一届医用电声设备标准化技术归口单位专家组名单

 医用增材制造技术医疗器械标准化技术归口单位组建方案

医用增材制造技术标准化技术归口单位主要负责医用增材制造技术涉及的术语、分类，数据、软件，设备，原材料与工艺控制的评价方法等医疗器械行业标准制修订工作。

第一届医用增材制造技术标准化技术归口单位专家组由3名顾问和40名成员组成（名单见下表），秘书处由中国食品药品检定研究院承担，由国家药品监督管理局医疗器械标准管理中心负责业务指导。

第一届医用增材制造技术标准化技术归口单位专家组名单

 人工智能医疗器械标准化技术归口单位组建方案

人工智能医疗器械标准化技术归口单位主要负责人工智能医疗器械所涉及的术语和分类、数据集质量管理、基础共性技术、质量管理体系、产品评价流程、专用方法等行业医疗器械标准制修订工作。

第一届人工智能医疗器械标准化技术归口单位专家组由45名成员和27名观察员组成（名单见下表），秘书处由中国食品药品检定研究院承担，由国家药品监督管理局医疗器械标准管理中心负责业务指导。

第一届人工智能医疗器械标准化技术归口单位专家组名单

文章来源：新浪医药新闻

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美国联邦航空管理局（FAA）在2015年便要求SAE成立技术委员会，制定航空航天材料标准与相关文件，以协助FAA进行航空航天装备增材制造零部件认证，其中也包括质量要求非常严格的商用飞机的认证。SAE相关人员表示，此次发布的标准可以支持航空航天装备关键部件的认证，并保证供应链内材料性质数据的完整性与可追溯性。

此次发布的增材制造标准具体为：

AMS7000，经应力消除、热等静压和固溶退火的62Ni21.5Cr9.0Mo3.65Nb耐腐蚀耐热镍合金LPBF增材制造零部件

AMS7001，用于增材制造的62Ni21.5Cr9.0Mo3.65Nb耐腐蚀耐热镍合金粉末

AMS7002，用于航空航天装备零部件增材制造的原材料制备工艺要求

AMS7003，基于粉末床的激光熔融工艺

来自超过15个国家的350多个SAE成员单位参与了此套标准的编制工作，包括飞行器与发动机原始设备制造商（OEMs）、材料供应商、运营商，设备/系统供应商，服务提供商等。SAE相关人员表示，来自北美、欧洲及其他地区的航空航天领域科研生产单位与监管部门花费了大量精力编制了本套初步的材料和工艺标准，以满足监管部门对增材制造这项新兴技术认证指导材料要求。SAE将继续编制金属与聚合物材料增材制造标准，推动增材制造在航空航天领域内的应用。

SAE总部位于美国宾州，由航空航天、汽车和商用车辆行业的工程师和相关技术专家组成的，前身即美国汽车工程师学会。

来源：中关村在线

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而与此同时，SME还在进一步推动与ASTM的合作。在3D科学谷看来，SME对于ASTM标准的贯彻和反馈也起到了重要作用，一方面通过SME的沟通渠道，ASTM关于增材制造的标准得到了更好的理解和更方便的获取(通过sme.org/am3dp即可查询相关标准），另一方面，通过SME在ITEAM基础上获得的反馈，ASTM可以更贴近用户需求。

ASTM针对增材制造标准所做的工作细分从顶层的标准来说包括：常规概念、常规要求、常规应用。到针对于材料到加工工艺等不同阶段和不同分类的一般标准，再到针对每个行业的特殊需求所适用的特种材料、工艺以及应用的特殊标准。

针对增材制造，ASTM的关键标准包括：

F2971:Practice for reporting data for test specimens prepared by AM

F2971:增材制造制备测试样本的数据报告实践

F3122:Guide for evaluating mechanical properties of metal materials made via AM processes

F3122:评估通过增材制造工艺制造的金属材料的机械性能指南

EN ISO/ASTM52915:Specification for AM file format(AMF) version 1.2

EN ISO / ASTM 52915:增材制造文件格式（AMF）1.2版规范

ISO/ASTM52901:Guide for AM-general principles-requirements for purchased AM parts

ISO / ASTM52901:增材制造一般原则指南 – 购买增材制造零部件的要求

EN ISO/ASTM52900:Terminology for AM-general principles-terminology

EN ISO/ASTM52900:增材制造通用原则的术语 – 术语

EN ISO/ASTM 52921:Terminology for additive manufacturing-coordinate systems and test methodologies

EN ISO / ASTM 52921:增材制造术语 – 坐标系和测试方法

F3049: Guide for characterizing properties of metal powders used for AM processes.

F3049:表征用于增材制造工艺的金属粉末特性的指南

F3091/F3091M: Specification for powder bed fusion of plastic materials

F3091 / F3091M:塑料材料粉末床熔融规范

F3187:Guide for directed energy deposition of metals

F3187:金属定向能量沉积指南

而关于详细的ASTM增材制造标准，通过SME的网站（sme.org/am3dp），访问者可以设定自己想要的标准条件，获得迅速的查找。为会员提供多角度多维度的专业服务，SME与ASTM的合作的确是双赢的局面。

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栗晓飞 博士（中国航空综合技术研究所）

金属粉末是金属3D打印技术发展的重要基础，尤其是粉床熔融(烧结)增材制造。目前对于金属粉末的研究主要集中在钛合金、不锈钢、镍基高温合金。金属粉末的发展程度一定程度上制约着金属增材制造技术的发展。

剪切性、动态流动性、 松散性

粉末包括了以下独特的材料组分，固体（实体颗粒）、液相（存在于颗粒表面或结构内部的水分）以及气相（颗粒之间的空气）。因此，粉末是一种组成复杂的材料组合体，拥有各种组合体及其组合所带来的不同属性，无法用简单、单一的参数来进行描述。

当粉末成为增材制造原材料进入整个制造过程时，其各类属性及性能就对于增材制造工艺的效能以及最终产品性能及质量产生了重要的影响。设备操作人员需要选择与设备及工艺相匹配的粉末，或者根据粉末的性能来调节设备参与及工艺参数，从而将生产效率及产品质量最优化。

在增材制造过程中，通常情况下工业中应用的单独的颗粒物理性能测量不能充分、全面地表征粉末性能，在给定工艺条件下，经常出现具有相同粒径分布的粉末，其成形后零件性能完全不同的现象。同时，现有测试技术也没有考虑到粉末在工艺环境下所受的应力及流动性变化等规律。

目前ISO 17296-3中针对于增材制造用粉末原材料规定的技术要求包括：化学成分；粒度及分布；形态；比表面积；流动性；松装密度；振实密度等。国内也正在开展相关国家标准的制定工作，基本思路是转化ISO标准，同时将引用标准尽量以国内标准进行替代。另一方面，针对于增材制造粉末流动性方面，国内普遍采用的依然是GB/T 1482-2010《金属粉末流动性的测定标准漏斗法(霍尔流速计)》，但该方法在实际应用实践表明，其敏感性、区分性及数据重复性并不理想，未考虑到粉末在增材制造工艺过程实际应用中所处的环境及条件。

ASTM WK55610 工作组目前正在开展针对于增材制造工艺性能相关的粉末性能表征及其测试方法的标准编制，期望给出可重复的、具有良好再现性的测试程序及方法，并且将这些性能的测试灵敏度及测试精度定量化。

由于粉末性能的复杂性，大量的性能参数都会对粉末性能产生影响，在标准编制过程中，工作组目前初步将粉末性能大致分为四个方面：

1、 粉末如何从静态转变为动态？
2、 运动中的粉末行为是什么样的？
3、 受到固结应力时粉末变化如何？
4、 空气通过粉末床的松散粉末的难易程度如何？

将这四方面的性能定量化，对于粉末生产方及使用方来讲，可以全面评价并给出在任意增材制造工艺环境下的粉末性能。这四方面的粉末性能可以通过下面的三组性能测试来进行表征：

1、 剪切性能（表征粉末如何从静态转变为动态）；
2、 动态流动性能（运动中的粉末行为）；
3、 松散性能（固结载荷对于粉末的影响以及空气如何在粉末中通过）。

依据这三组性能的测试要求，该标准主要考虑剪切性能（粉末间及粉末与容器壁间）测试、动态流动性能测试、以及松散性能（松装密度、固结性、通气性）测试等几类测试方法以及相应推荐的仪器设备。

通过该标准的编制、发布及未来实施，将对增材制造用粉末流动性能评估方面提出指导性建议，为粉末制造商、供应商乃至设备制造商及终端用户提供完整、全套的粉末流动性表征试验方案指导。

如果希望与本文作者栗晓飞进行更多交流可以加微信号:somehand1977，加微信时请标明身份，谢谢理解。

加入3D科学谷专栏作者，欢迎联系微信号Shkittywang

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增材制造作为一门新技术也存在这行业标准逐步建立的现象，而在标准缺乏的时候，用户要买材料也无法知道什么样的材料是适合自己的设备的，只能先买来试一试…

君知道，试一试是多么昂贵的一种体验…本期，3D科学谷与谷友一起来看一下ASTM和ISO在国际上为增材制造标准所做出的努力和发展方向。

ASTM国际委员会 F42增材制造标准化专委会(http://www.astm.org/COMMITTEE/F42.htm)成立于2009年，发展到2016年2月份，专委会吸引了来自22个国家的417家独立成员和组织。

F42专委会分成7个技术子委会，包括测试方法(F42.01)、设计（F42.04)、材料与加工工艺(F42.05)、术语（F42.91)，以及新发展的子委会，包括环境健康与安全(F42.06)、战略计划(F42.94)、美国技术咨询小组(TAG)与国际标准组织(ISO）增材制造TC261 (F42.95)。

在3D科学谷看来，ASTM针对增材制造标准所做的工作细分得比较厉害，从顶层的标准来说包括：常规概念、常规要求、常规应用。到针对于材料到加工工艺等不同阶段和不同分类的一般标准，再到针对每个行业的特殊需求所适用的特种材料、工艺以及应用的特殊标准。

而如何解决标准与标准之间的重复劳动或者是冲突，3D 科学谷看到ASTM是把ISO邀请到其技术子委会当中的，而针对于一些ISO已经有的标准，ASTM也是规避重复工作的必要。另外，ASTM的项目组成员覆盖了主要的增材制造国家，可以说是集思广益，充分考虑到不同国家的增材制造发展现状。

对于行业可以参考的基本标准，ASTM已经发布了一系列标准，这些标准可以在官网买到。例如：http://www.astm.org/Standards/ISOASTM52915.htm

另外，拿增材制造材料来说，ASTM在性能层面参考之前的标准是否适用于增材制造也出具了一些规范。例如如下：(黄色部分表示增材制造同样适用，红色表示不适用。)

值得注意的是，在材料的抗剪切性能方面，大部分现行的标准都不适用于增材制造材料。ASTM推荐的只有ISO 15320:1999

断裂韧性方面，同样目前只有两个现行标准适用于增材制造。

抗冲击方面，则所有的现行标准均适用于增材制造。

（注：黄色部分表示增材制造同样适用，红色表示不适用）

目前，ASTM聘请的是凯斯西储大学的Mohsen Seifi作为其增材制造项目主任。总体来说，行业标准对行业的发展尤为重要，而在这方面，每个增材制造领域的代表性企业既是行业标准的受益者，也是行业标准的潜在贡献者，增材制造企业需要不断跟进新标准的出台，同时思考和反馈自身需要什么样的标准，提升标准制定方面的话语权。

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来源：3D科学谷

光聚合

VAT Photopolymerization

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市场上的技术名称包括：SLA 光固化快速成形设备, DLP数字光处理，3SP扫描、旋转、选择性光固化, CLIP 连续液界面生产

描述：液态光敏树脂通过（激光头或者投影，以及化学方式）发生固化反应，凝固成产品的形状

技术优势：高精度和高复杂性，光滑的产品表面，可以有高通量的情况

典型材料：光敏树脂

粉末床融化(PBF)

Powder Bed Fusion (PBF)

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市场上的技术名称包括：SLS选择性激光烧结，DMLS，SLM选择性激光融化，EBM电子束激光融化，SHS选择性热烧结，MJF多喷头融化

描述：通过选择性地融化金属粉末床每一层的金属粉末来制造零件

技术优势：高复杂性，金属粉作为支撑，广泛的材料选择

典型材料：塑料、金属粉末，陶瓷粉末，砂子

粘结剂喷射

Binder Jetting

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市场上的技术名称包括：3DP(3D打印名称的由来）

描述：粘接剂喷射3D打印技术由麻省理工在1993年研发出来，当时的毕业生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案，变为把约束溶剂挤压到粉末床，3D打印的名称从此诞生。

技术优势：全彩打印，高通量，材料广泛

典型材料：塑料粉末，金属粉末，陶瓷粉末，玻璃，砂子

材料喷射

Material Jetting

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市场上的技术名称包括：Polyjet, SCP平滑的曲率打印，MJM多喷造型,Projet

描述：材料被一层一层的铺放，并通过化学树脂，热融材料或者光固化的方式成型。

技术优势：高精度，全彩，允许一个产品中含多种材料

典型材料：光敏树脂，树脂，蜡

层压

Sheet Lamination

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市场上的技术名称包括：LOM层压技术，SDL选择性沉积层压, UAM超声增材制造

描述：片状的材料通过黏胶化学方法，或者超声焊接，钎焊的方式被压合在一起，多余的部分被层层切除，在产品被打印完成时移除掉

技术优势：高通量，相对成本低（非金属类），可以在打印过程中植入组件

典型材料：纸张，塑料，金属箔

材料挤出

Material Extrusion

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市场上的技术名称包括：FFF电熔制丝，FDM熔融挤出

描述：丝状的材料通过加热的挤出头以液态的形状被挤出。

技术优势：价格便宜，多色，可用于办公环境，打印出来的零件结构性能高

典型材料：塑料长丝，液体塑料，泥浆（用于建筑类）

直接能量沉积

Directed Energy Deposition (DED)

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市场上的技术名称包括：LMD激光金属沉积，LENS激光净型制造，DMD直接金属沉积（DM3D)

描述：金属粉末或者金属丝在产品的表面上熔融固化，能量源可以是激光或者是电子束，容易通过机械手实现大尺寸加工和自动化

技术优势：不受轴的限制，非常适合修复零件，可以在同一个零件上使用多种材料，高通量

材料：金属丝，金属粉，陶瓷

混合增材制造

HYBRID

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市场上的技术名称包括：AMBIT, 该名称由Hybrid Manufacturing Technologies公司提出

描述：该技术是与当前的CNC数控加工机床配套的增材制造包

技术优势：高通量，自由造型，自动化的过程中制成材料去除，精加工和检测

典型材料：金属粉，金属丝，陶瓷