增材制造工艺规程的标准化工作探析

翟晓玲 朱荣全 徐美林 王云燕

（北京遥感设备研究所，北京，100854）

文 摘：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，通常是逐层累加的过程，其广泛应用于航空航天、国防军工、汽车制造、注塑模具等领域。通过分析企业在编制增材制造工艺规程中遇到的问题，总结实际工作中工艺标准化的规范性经验，从工艺文件编号的确定等方面提出解决方法和建议。

我国目前正推动 “制造大国”向 “制造强国”转型升级，智能制造是趋势，而增材制造技术则是实现智能制造的关键基础技术之一。增材制造是依据CAD（计算机辅助设计）分层建模，然后逐层累加材料的方法制造实体零件。其制造原理是材料逐点累积形成面，逐面累积成为体[1]。这种方法可以简化产品的制造程序，缩短产品的研制周期，提高效率并降低成本。随着德国的《高技术战略2020》、美国的 《下一代增材制造材料战略路线图》、中国的 《中国制造2025》等的相继提出，增材制造技术已经越来越多的应用于航天产品的研制生产中。但是，先进的技术还要结合规范的技术文件才能量产出合格的产品。本文从工艺标准化的角度梳理了增材制造工艺规程编制中遇到的一些问题，并提出相应的解决途径。

1 增材制造工艺规程在编制过程中遇到的问题

增材制造属于先进的制造技术，企业升级了制造设备、采用了先进的制造方法、培训了操作人员，但往往忽略了现有技术文件的要求、标准与先进技术的匹配性。所以，在编制增材制造工艺规程中遇到了以下几方面的问题。

1.1 没有适用的工艺文件编号

航天产品的工艺规程编制中都有工艺文件编号的要求，均按照QJ903.11B-2011《航天产品工艺文件管理制度 第11部分：工艺文件编号规定》进行编制。其要求基本代码由三部分组成：产品代码、工艺文件类别代码、工艺方法代码。第一部分的产品代码由产品确定；第二部分的工艺文件类别代码是20（工艺规程）都可用于增材制造；第三部分的工艺方法代码，标准中比较接近增材制造的工艺方法代码见表1。

表1 QJ903.11B中接近增材制造的工艺方法代码

根据所利用的热源不同，金属增材制造主要分为激光、电子束、电弧术和金属固相增材制造技术等。表 1中的焊接 （20）、数控加工 （31）均不适用。

增材制造的材料主要包括聚合物材料 （工程塑料、生物塑料、热固性塑料、光敏树脂、高分子凝胶）、金属材料 （不锈钢、高温合金、钛、镁铝合金、镓、镓-铟合金、金、纯银、黄铜）、陶瓷材料 （硅酸铝陶瓷粉末）和复合材料 （高强度碳纤维增强复合材料）等。表1中的复合材料成型 （75）、粉末冶金 （91）、非金属材料成形加工 （93），均不适用。

1.2 缺少适用的工艺文件格式

工艺规程是由多种工艺卡片组成的一份文件。增材制造工艺规程中应有用于增材制造文件以及对应其内容说明的工艺卡片。增材制造工艺的核心是模型，增材制造工艺规程中应包括对模型的描述和规范，应有主要用于汇总增材制造三维设计模型、三维工艺 （工序）模型的工艺卡片。QJ903B-2011《航天产品工艺文件管理制度》中没有相应的工艺卡片格式规定。

1.3 工艺卡片顺序缺乏规范性

增材制造工艺规程是由一系列的工艺卡片组成。操作人员在熟悉文件时，是按照既定顺序进行翻阅的，如果工艺卡片顺序没有规范性，很容易造成漏看等一系列问题。增材制造工艺规程其中既包括了QJ903B-2011中已有的工艺卡片，也包括了准备新增的适用于增材制造的工艺卡片。这些不同种类的工艺卡片，其先后顺序，哪些可删减，哪些是必不可少的，在工艺人员进行编制工艺文件前，应有一个共同的准则来遵守。在现有标准中，缺少对此类工艺卡片顺序的规定。

1.4 工艺卡片填写方法缺少相关规定

目前工艺卡片的种类无法满足增材制造工艺规程的编制要求，如何填写适用于增材制造的工艺卡片？如果新增工艺卡片的部分栏目是与旧有工艺卡片相同的，例如： “零、部、组 （整）件代号”等，这部分的填写较容易理解。但有些栏目是增材制造卡片特有的，这部分栏目该如何填写，应填写哪些内容，在现有标准中，缺少相关规定。

编制增材制造工艺规程之前应有各个方面的规范和要求，使工艺人员有标准可依。所以需要从工艺标准化的角度进行规范统一，需要在企业内部达成共识，通过标准的形式，达到统一、协调。

2 从工艺标准化角度提供解决途径

工艺标准化是标准化工作的重要组成部分，它是在总结实践经验和科学研究的基础上，以缩短生产准备周期、降低加工成本为目的，运用标准化的原理和方法，对有重复性等特征的工艺文件、工艺要素、工艺过程进行统一、简化、协调、优化及标准的制定和贯彻实施的活动[2]。从工艺标准化角度，对增材制造工艺规程的编制提出以下几个解决途径。

2.1 工艺文件编号的规范

根据增材制造的加工方法和选材的广泛性这些特点，新增一个工艺方法代码见表2。这个工艺方法代码是单独为增材制造所设，解决增材制造工艺规程在编制时工艺文件编号不规范的问题。增材制造工艺规程的基本代码就由3部分组成：产品代码、工艺文件类别代码、工艺方法代码 （97）。

表2 增材制造工艺方法代码

2.2 工艺文件格式的规范

针对增材制造技术特点，在增材制造工艺规程中，增加2种在QJ903B-2011中没有的工艺文件格式。只要依据现有工艺文件格式的规定，增加2种新的工艺卡片格式，如图1、图2所示。卡片的名称分别命名为 “增材制造模型及文件清单”、 “增材制造工艺卡片”，包括首页和续页两种格式。这两种卡片的外框及主标题栏的尺寸等与QJ903B-2011相同，只是添加了增材制造模型、文件名称等栏目。

图1 增材制造模型及文件清单

图2 增材制造工艺卡片

2.3 工艺卡片顺序的规范

增材制造工艺规程的编排顺序，一般按照封面、工艺文件目录、引 （借）用工艺文件目录、仪器仪表设备明细表、非标准仪器仪表设备明细表、增材制造模型及文件清单、专用工艺装备明细表、主要材料消耗工艺定额明细表、辅助材料消耗工艺定额明细表、工艺流程图、增材制造工艺卡片、工艺简图。各种工艺卡片可根据研制生产中的实际需要适当增减。但工艺文件封面、增材制造模型及文件清单、工艺流程图、增材制造工艺卡片为不可缺少的。这个编排顺序既解决了工艺人员在增材制造工艺规程编制过程中统一、协调的问题，又缩短了操作人员熟悉工艺文件的时间，提高了效率。

2.4 工艺卡片填写方法的规范

增材制造新增加的2种工艺卡片增材制造模型及文件清单、增材制造工艺卡片应该如何填写？QJ903B-2011的方法，简单明了，为大家所熟知。参照其方法，以列表的方式对新增工艺卡片的各个栏目进行了规范和说明。具体见表3、表4。表3中的栏号对应了图1中的4个填写栏。表4中的栏号对应了图2中的11个填写栏。

表3 增材制造模型及文件清单的填写内容

2.5 将工艺规程纳入标准

增材制造工艺规程的编制规范，要有一个载体进行发布，使企业中相关人员知悉。可以采取制定企业标准的方法，不断从研制生产实践中总结需要新增和规范的增材制造工艺规程的内容，编制企业级标准。利用工艺标准化方法，在企业范围内推动增材制造工艺规程编制的规范化。除了企业级别的标准编制，建议其它相关各级标准在修订的过程中，能够关注增材制造技术，把增材制造工艺规程的各个方面的规范纳入到标准中来。

表4 增材制造工艺卡片的填写内容

企业利用工艺标准化手段规范增材制造工艺规程编制的需求日益增长，规范的增材制造工艺规程不仅能满足现场工艺要求，还能降低产品成本。后期稳定良好的增材制造工艺将为增材制造技术的应用、发展和创新铸就成功之路。