ГОСТ Р 59586-2021/ИСО/АСТМ 52902:2019

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аддитивные технологии

ОБРАЗЦЫ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

Оценка геометрических способностей систем аддитивного производства

Additive technologies. Test artifacts. Geometric capability assessment of additive manufacturing systems

ОКС 25.040.99

Дата введения 2022-07-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью "Русатом - Аддитивные технологии" (ООО "РусАТ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 182 "Аддитивные технологии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 декабря 2021 г. N 1696-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО/АСТМ 52902:2019* "Аддитивное производство. Образцы для испытаний. Оценка геометрических способностей систем аддитивного производства" (ISO/ASTM 52902:2019 "Additive manufacturing - Test artifacts - Geometric capability assessment of additive manufacturing systems", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.   

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе национальных стандартов.

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов и стандартов ASME соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

     1 Область применения

1.1 Настоящий стандарт устанавливает общие положения оценки геометрических способностей систем аддитивного производства (далее - систем АП) при помощи количественного и качественного измерения эталонных геометрических форм, реализованных в синтезированных образцах для испытаний.

Положения настоящего стандарта применимы для следующих целей:

- оценки возможностей систем ДП;

- калибровки систем АП.

Для количественной оценки геометрических способностей систем АП, как правило, используют образцы для испытаний установленной формы. Настоящий стандарт описывает набор геометрических форм, каждая из которых предназначена для оценки одной или нескольких конкретных характеристик, и содержит несколько примеров реализации данных геометрических форм в образце для испытаний.

В настоящем стандарте представлено описание количественных и качественных характеристик геометрических форм, которые должны быть измерены, при отсутствии конкретных методов их измерения. Требования, предъявляемые к характеристикам, зависят от назначения конечных изделий. Настоящий стандарт содержит примеры конфигураций элементов, а также требования к неопределенности измерений, учитывающие низкий и высокий уровень требований к техническим характеристикам и к их проверке.

Настоящий стандарт не устанавливает конкретных методов производства или настройки оборудования для изготовления образцов для тех испытаний, которые описаны в АСТМ F2971 и в других документах, содержащих требования к процессу.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных - последнее издание (включая все изменения)]:

ISO/ASTM 52900, Additive manufacturing - General principles - Terminology (Аддитивное производство. Базовые принципы. Основные принципы и терминология)

ISO/ASTM 52921, Standard terminology for additive manufacturing - Coordinate systems and test methodologies (Стандартная терминология для аддитивного производства. Системы координат и методология проведения испытаний)

ASME B46.1, Surface Texture (Surface Roughness, Waviness and Lay) [Структура поверхности (шероховатость поверхности, волнистость, направление неровностей)]

     3 Термины и определения

3.1 В настоящем стандарте применены термины по ИСО/АСТМ 52900 и ИСО/АСТМ 52921.

Примечание - ИСО и МЭК поддерживают терминологические базы данных для использования в стандартизации по следующим адресам:

- онлайн-платформа ИСО, доступная по адресу: https://www.iso.org/obp

- электропедия МЭК, доступная по адресу: http://www.electropedia.org/

     4 Общие положения

4.1 Общие принципы

Измерения и наблюдения в соответствии с настоящим стандартом используют для испытания систем АП с заданными настройками системы и технологическими параметрами в сочетании с заданным сырьевым материалом.

Основными характеристиками системы АП, приведенными в настоящем стандарте, являются геометрическая точность, чистота поверхности и минимальный размер синтезируемого элемента образцов для испытаний.

4.2 Сопоставление результатов, полученных на одной установке

Образцы для испытаний могут быть синтезированы и измерены, например при настройке новой установки, или при периодической оценке, или при обнаружении неполадок в системе АП, в частности после технического обслуживания, или в других случаях в соответствии с требованиями системы менеджмента качества.

Образцы для испытаний, описанные в настоящем стандарте, могут быть использованы в качестве демонстрации возможностей аддитивной установки при заключении договора между заказчиком и поставщиком изделий АП или систем АП.

Результаты измерения образцов для испытаний, описанных в настоящем стандарте, могут быть использованы для проверки влияния новых технологических параметров или новых материалов на характеристики системы АП.

Отдельные геометрические элементы могут быть включены в каждое построение системы АП с целью прослеживания ее характеристик. В зависимости от предпочтений конечного потребителя могут быть синтезированы не все образцы для испытаний. Также при необходимости некоторые образцы для испытаний могут быть синтезированы отдельно.

     5 Общие указания по изготовлению образцов для испытаний

5.1 Основные положения

Данный раздел содержит краткое изложение принципов, применяемых при изготовлении всех геометрических форм образцов для испытаний в настоящем стандарте. Кроме того, в нем приведены отдельные требования к протоколу испытания, указанные при описании определенных положений; более конкретные требования к представлению результатов испытаний и содержанию протоколов испытания - в разделе 7 при детальном описании образцов.

5.2 Требования к сырью

Для обеспечения повторяемости результатов необходимо использовать качественное сырье. Спецификации на сырье должны быть выбраны или определены заказчиком. Сырье, используемое для построения образцов для испытаний, должно соответствовать установленным требованиям. Например, спецификации могут включать такие характеристики, как размер частиц, гранулометрический состав, морфология частиц (для сырьевого материала в форме порошка), определенные свойства материала (например, показатель текучести расплава) и химические свойства (например, химический состав и содержание примесей). Несмотря на то что требования, содержащиеся в спецификации материала, могут не раскрываться (если иное не согласовано между поставщиком и заказчиком), необходимо, чтобы производитель задокументировал и отразил в документации соответствие спецификации при помощи уникального буквенно-цифрового обозначения в соответствии с АСТМ F2971-2013 (приложение A1, элемент "B"). Для процессов, использующих порошки, спецификации на сырье должны содержать информацию об ограничении повторного применения использованного порошка и информацию о процентном соотношении первичного и использованного порошков.

5.3 Требования к документации на процесс

Процессы обработки материала в системах АП должны быть осуществлены в соответствии с технической документацией на процесс/планом производства (см. АСТМ F2971-2013, приложение A1, элемент "С"). Данная документация может быть проприетарной или общедоступной (договоренностью между заказчиком и поставщиком), но производитель должен задокументировать устанавливаемые оператором аддитивной установки настройки и условия построения деталей. Например, производитель должен указать в документации толщину слоя, стратегию построения (например, траектории сканирования, траектории перемещения инструмента и/или параметры сканирования), температуры и т.д., используемые во время построения. Если в одном цикле построения изготавливают несколько образцов, данная информация должна быть согласована для всех образцов для испытаний. Данные рекомендации могут быть изменены для каждого применения. Таким образом, параметры в спецификации процесса должны быть согласованы между поставщиком и заказчиком.

5.4 Требования к подготовке файлов

Используемый формат файлов и этапы цифровой подготовки файла, включая параметры разбиения на слои, должны быть указаны в спецификации процесса. Особое внимание для исключения деградации модели следует уделять созданию и переносу данных. Любое несоответствие влияет на получаемый результат, по этой причине в настоящем стандарте рассмотрена наиболее эффективная практика контроля форматов файлов и подготовки.

5.5 Информация о загрузке файлов

Электронная геометрическая модель образцов для испытаний может быть загружена в формате *.step по адресу: https://standards.iso.org/iso/52902/ed-1/en. Перечень доступных к загрузке файлов приведен в приложении D.

5.6 Требования к конвертации файла

При конвертации CAD-модели в AMF, STL (или другой промежуточный формат) необходимо убедиться в корректности передачи информации для того, чтобы гарантировать, что изготовленный по данному файлу образец в достаточной степени отражает возможности оцениваемой системы АП. Выбранные допустимые отклонения должны гарантировать, что максимальные отклонения от данных в номинальной CAD-модели в четыре раза меньше, а в соответствии с наилучшей практикой измерения в десять раз меньше ожидаемой точности оцениваемой системы АП. В настоящее время большинство установок АП не может изготовлять элементы с разрешающей способностью более чем 10 мкм, поэтому CAD-модели сохраняют в STL/AMF с обеспечением точности 2,5 мкм или более. Данная рекомендация носит общий характер и должна быть проверена в каждом конкретном случае. Рекомендуется, чтобы пользователи проверяли максимальное отклонение и фиксировали используемые параметры конвертации так же, как и любые максимальные отклонения (высота хорды и угловой допуск).

Файлы не должны быть масштабированы в большую или меньшую сторону как при конвертации, так и после нее. Могут быть использованы и должны быть указаны в технической документации на процесс поправочные коэффициенты, учитывающие особенности оборудования (например, смещение, масштабирование оси и др.).

5.7 Предпочтительный формат файлов

Формат файла AMF, установленный в ИСО/АСТМ 52915, является предпочтительным форматом файла модели для представления геометрических форм образцов для испытаний благодаря возможностям высококачественного воспроизведения геометрии со встроенными единицами измерения в промежуточном файле.

5.8 Требования к программе испытаний и методике испытаний

Настоящий стандарт может быть основой для программы проведения испытаний, который описан в АСТМ F2971-2013 (приложение A1, элемент "D"), но отдельные нюансы требуют точного документирования в виде документированной процедуры проведения испытания (элемент "E" в приложении A1).

5.9 Количество образцов для испытаний

Количество изготавливаемых образцов для испытаний для полного испытания характеристик оборудования зависит от двух факторов. Во-первых, программа испытаний/документированная процедура проведения испытания должна содержать количество образцов, как правило, не менее пяти, таким образом может быть обеспечено статистически значимое измерение. Во-вторых, для учета различий в характеристиках в зависимости от расположения, требуется обеспечить достаточный охват строительного объема (см. 5.13). Меньшее количество образцов для испытаний и меньший охват может быть использован для точечных проверок или ограниченной демонстрации, как приведено в примере в приложении A. Количество образцов для испытаний должно быть согласовано между заказчиком и поставщиком и позволять провести не менее пяти измерений.

5.10 Расположение и ориентация образцов для испытаний

В протоколе рекомендуется указывать расположение и ориентацию в соответствии с правилами, приведенными в ИСО/АСТМ 52921 (см. АСТМ F2971-2013, приложение A.1, элемент "F").

5.11 Факторы, которые необходимо учитывать при ориентации

Так как образцы для испытаний должны показывать сильные и слабые стороны методов аддитивного построения, в некоторых случаях будут наблюдаться сбои построения. Необходимо учитывать наличие тех элементов, при построении которых вероятны сбои, и размещать их так, чтобы минимизировать риск полного невыполнения элемента/детали/образца при дальнейшем построении. Например, в процессе синтеза на подложке может быть целесообразным участки, в которых риск сбоя построения наиболее вероятен, располагать в общей сборке выше. Такое расположение снижает риск того, что неудавшиеся детали или их участки повлияют на другие компоненты, синтезируемые в данном цикле построения, или на механизм установки АП.

5.12 Маркировка

Иногда для того, чтобы идентифицировать относительную ориентацию и расположение при построении, целесообразно добавлять ярлыки к деталям. Маркировка рассмотрена в подразделе 7.4.

5.13 Охват строительного объема

Для того чтобы получить репрезентативные данные с учетом местоположения синтезируемых деталей, важно обеспечить достаточный охват строительного объема, что позволяет оценить расхождения в зависимости от расположения в строительном объеме и является наилучшей практикой для всех процессов A Обеспечение широкого охвата особенно значимо для процессов, имеющих зону оптимального построения ("sweet point") (например, некоторые гальванометрические системы управления лазерным лучом дают более воспроизводимые результаты в центре платформы). Распределение образцов для испытаний должно охватывать не менее 80% площади платформы построения установки. Если влияние местоположения при построении известно или считается несущественным для конкретного случая, то при согласовании между поставщиком и заказчиком может быть выбрано и использовано для построения только одно положение.

Длинные образцы, расположенные по всей длине построения, необходимы для выявления нелинейных отклонений или отклонений, имеющих периодический характер.

5.14 Расположение массивом

Геометрические формы, описанные в настоящем стандарте, не должны быть масштабированы (так как это влияет на результат измерения), но могут быть структурированы в массив для обеспечения большего охвата. Пример массива приведен на рисунке 2.

5.15 Объединение деталей

Когда для большего охвата строительного объема требуются массивы деталей, наиболее практичным может быть создание одной объединенной детали, а не построение массивов отдельных деталей, что может быть достигнуто путем объединения смежных AMF-файлов или STL-файлов перед нарезкой и другими этапами подготовки файла.

Так как АП чаще всего представляет собой процесс нанесения слоев (в направлении z), в основе которого лежит минимальный элемент - пиксель (в направлении x/y), точное расположение детали при построении может существенно повлиять на результат. В особенности это характерно при оценке разрешающей способности установки. Незначительное смещение детали может повлиять на округление, определяющее, будет создаваться определенный слой или пиксель или не будет. Указанное округление может произойти во время подготовки файла нарезки и при ориентации файла нарезки в рабочей области установки. Результаты должны быть отражены в протоколе испытания с указанием ориентации образцов для испытаний в соответствии с положениями, приведенными в ИСО/АСТМ 52921.