ГОСТ Р 70242-2022

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аддитивные технологии

ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ПРЯМОГО ПОДВОДА ЭНЕРГИИ И МАТЕРИАЛА

Общие рекомендации по проектированию и изготовлению

Additive technologies. Manufacturing of metal parts by directed energy deposition. General recommendations for design and manufacture

ОКС 25.040

35.240.50

Дата введения 2022-12-01

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 2 августа 2022 г. N 714-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к стандарту АСТМ Ф3413-19*  "Руководство по аддитивному производству. Проектирование. Прямой подвод энергии и материала (ASTM F3413-19 "Guide for Additive Manufacturing - Design - Directed Energy Deposition", MOD) путем внесения дополнительных положений структурных элементов, которые выделены вертикальной линией, расположенной на полях напротив соответствующего текста, и дополнительных положений, выделенных в тексте курсивом**, направленных на учет сложившейся отечественной практики в области аддитивных технологий. В стандарт не включены отдельные структурные элементы и положения, которые являются справочными и/или не содержат информацию, необходимую для включения в настоящий стандарт. Оригинальный текст элементов, не включенных в основную часть настоящего стандарта, приведен в дополнительном приложении ДА.

________________

     * Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей.
     ** В оригинале документа обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделе "Предисловие" приводятся обычным шрифтом, отмеченные в разделе "Предисловие" знаком "**"  и остальные по тексту документа выделены курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5) и для увязки с наименованиями, принятыми в существующем комплексе национальных стандартов

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

Настоящий стандарт распространяется на процесс прямого подвода энергии и материала и содержит общие рекомендации по проектированию и изготовлению металлических изделий.

Основные принципы, приведенные в настоящем стандарте, также применимы к другим процессам аддитивного производства при условии учета их особенностей и характерных свойств процесса.

Примечание - В настоящем стандарте рассмотрены только отдельные рекомендации по изготовлению, имеющие важное значение при проектировании изделия, предназначенного для производства с применением прямого подвода энергии и материала. Описание всех положений организации аддитивного производства с использованием процесса прямого подвода энергии и материала не является целью настоящего стандарта.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р 57558 ISO/ASTM 52900:2015 Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения

ГОСТ Р 59585 (ИСО/АСТМ 52921:2013) Аддитивные технологии. Системы координат. Общие положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ Р 57558, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 система с пятью осями и более (5+ axis system): Система прямого подвода энергии и материала с пятью или более осями перемещения печатающей головки или синтезируемой детали.

3.2 порошковая наплавка (blown powder): Реализация системы прямого подвода энергии и материала, использующая наплавочное сопло, в котором при помощи транспортирующего газа осуществляется подача порошкового материала в ванну расплава.

3.3 коэффициент использования материала; КИМ: Соотношение массы готовой детали к общей массе материала, использованного для изготовления изделия.

Примечание - Применяемый в АСТМ Ф3413-19 англоязычный термин "buy-to-fly ratio" соответствует терминологии, используемой в авиационной отрасли, и отражает соотношение потребности в сырье и конечной массы изделия, которая является составляющей полетной массы. В настоящем стандарте указанный англоязычный термин заменен на термин "коэффициент использования материала", применяемый в отечественной практике. Необходимо учитывать, что коэффициент использования материала обратно пропорционален коэффициенту "buy-to-fly ratio".

3.4 направление наплавки (deposition axis): Направление, в котором осуществляют наплавку валиков.

3.5 гибридные системы (hybrid system): Аддитивные установки, имеющие как модули для аддитивных технологических процессов производства, так и модули для процессов механической обработки.

Примечание - В случае процессов прямого подвода энергии и материала данный термин, как правило, обозначает, что к аддитивному процессу добавлены процессы механической обработки изделия.

3.6 выступ (overhang): Участок поверхности детали, поднимающийся (выдающийся) относительно других поверхностей.

3.7 симметричное построение (симметричная конфигурация построения) (symmetric build, symmetric build configuration): Построение, при котором две детали формируют на противоположных сторонах подложки, как правило, чередуя стороны после каждого слоя (за счет переворота закрепленной за торцевые поверхности подложки на 180°).

3.8 траектория перемещений (tool path): Набор векторов перемещения печатающей головки при изготовлении детали.

3.9 проволочная наплавка (wire-fed): Реализация системы прямого подвода энергии и материала с использованием в качестве сырья проволоки.

     4 Сокращения

В настоящем стандарте использованы следующие сокращения:

АП - аддитивное производство;

ГИП - горячее изостатическое прессование;

КИМ - коэффициент использования материала;

AMF - формат файлов аддитивного производства;

PBF - синтез на подложке;

STL - формат файлов представления информации о поверхностях трехмерного объекта.

     5 Технологические и конструктивные особенности изделий, изготовленных при помощи прямого подвода энергии и материала

     5.1 Общие положения

Оптимизация конструкции изделия с целью обеспечения максимальной технологичности изготовления должна проводиться с учетом конкретных характеристик применяемого производственного процесса. Примеры особенностей процессов АП, которые следует принимать во внимание на этапах проектирования и планирования процессов, перечислены в 5.2-5.12. Для металлических изделий необходимо учитывать вид сырья (порошковое или проволочное сырье), вид источников энергии (лазерный луч, электронный луч, электрическая дуга, плазма), а также использование нескольких различных видов операций последующей обработки, таких как механическая обработка или обработка давлением.

Примечание - Например, использование в качестве сырья проволоки позволяет изготавливать детали со стенками под гораздо большим углом по сравнению с порошком и иметь другие технологические особенности, которые необходимо учитывать при оптимизации детали.

Прямой подвод энергии и материала включает ряд процессов АП и по сравнению с традиционными производственными процессами предоставляет дополнительные варианты реализации установленных требований. Процесс прямого подвода энергии и материала может сократить время и затраты на производство, а также повысить функциональность изделий.

Прямой подвод энергии и материала используют при выполнении одной из следующих задач:

- изготовление деталей с окончательной формой или близкой к окончательной форме;

- изготовление конструктивных элементов на заготовках, полученных традиционными методами;

- модификация поверхности для защиты от износа и коррозии;

- восстановительный ремонт изношенных и поврежденных металлических изделий.

Процессы прямого подвода энергии и материала различают в зависимости от типа сырья (металлопорошковая композиция, проволока), источника энергии (лазерный луч, электронный луч, дуга, плазма), количества источников энергии и конструкции установки. Варианты реализации процесса прямого подвода энергии и материала приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Варианты реализации процесса прямого подвода энергии и материалов

Некоторые виды процессов включают субтрактивные технологии обработки деталей для достижения окончательного размера изделий. В отдельных случаях для отслеживания в реальном времени различных показателей процесса, таких как температура или размер ванны расплава, используют один или несколько датчиков. Для всех процессов прямого подвода энергии и материала изготовление проводят на платформе построения или подложке, которая представляет собой материал, заготовку деталь или компонент, имеющие поверхность, на которую наносят материал (возможно нанесение материала на множество поверхностей в рамках одного технологического процесса).

Процессы прямого подвода энергии и материала, как и многие процессы АП, представляют собой только один этап в технологической цепочке производства. После проектирования и планирования производства выполняют подготовку построения и непосредственно изготовление детали. Для обеспечения необходимых размеров и качества поверхности применяют последующую механическую обработку детали, для получения конечных свойств материала - ГИП и термообработку. В отдельных случаях перед началом механической обработки необходимо провести первичную термообработку для снятия внутренних напряжений. Также на различных этапах технологической цепочки может быть проведен контроль. Проведение контроля после изготовления изделия является обязательным. Как правило, после синтеза изделия контролируют пористость изделия и его геометрические характеристики, далее после механической обработки - геометрические характеристики, после термической обработки и, при необходимости, ГИП - механические свойства на образцах свидетелях.

     5.2 Варианты изготовления деталей

Существует широкий диапазон возможных вариантов изготовления детали при помощи прямого подвода энергии и материала, связанных с параметрами построения, фиксацией детали, ориентацией детали, включением подложки в деталь и степенями свободы системы прямого подвода энергии и материалов. Возможные варианты изготовления зависят от того, какую из четырех задач, перечисленных в 5.1, необходимо решить.

5.2.1 Параметры построения и фиксации детали

Для задач, связанных с построением элементов на существующей детали, модификацией поверхности или ремонтом, варианты изготовления ограничены в большей степени, чем при изготовлении деталей с окончательной формой или близкой к окончательной форме. В первом случае существующая деталь должна быть ориентирована и закреплена таким образом, чтобы упростить эффективное нанесение металла и достичь поставленных целей. Рекомендации для данных случаев приведены в разделе 6.

При изготовлении деталей с окончательной формой или близкой к окончательной форме доступно большее количество вариантов. Например, для цилиндрического фланца (см. рисунок 1) ориентация очевидна - деталь должна быть ориентирована так, чтобы фланец был параллелен подложке. Далее приведены несколько конфигураций построения, описанных в следующих подразделах.