增材制造技术发展到现阶段，在继续发展技术的同时，需要关注如何将技术迅速转化为产品，并形成市场优势这一重大问题。在影响从技术向产品转化进而形成市场优势的因素中，技术标准发挥着重要作用。标准即是新技术走向成熟的主要标志，也是新技术实现规模应用的基础。近年来，随着增材制造技术的日臻成熟，国际上与增材制造相关的标准化活动正日趋活跃。

增材制造标准已经步入快速发展阶段

截至目前，增材制造标准的发展过程可以划分为两个阶段。

从2002年第一份增材制造标准颁布到2009年为起步阶段。2002年，美国汽车工程师协会SAE发布了第一份增材制造技术标准——宇航材料规范AMS 4999《退火Ti-6Al-4V钛合金激光沉积产品》，同期还颁布了AMS 4998《Ti-6Al-4V钛合金粉末》。为了推动军民融合，20世纪90年代起，美国军用标准体系中与材料相关的军用规范开始转化为宇航材料规范。目前，宇航材料规范已经构成了美国军用航空航天材料标准的主体。增材制造技术宇航材料规范的颁布，标志着该项技术在美国航空航天领域开始走向实际使用。

从2009年开始，增材制造标准开始进入有组织的快速发展阶段。美国材料与试验协会ASTM和国际标准化组织ISO分别成立了增材制造技术委员会，对推进增材制造标准制定发挥了重要作用。

2009年，美国材料与试验协会ASTM成立了专门的增材制造技术委员会F-42，设立了术语、设计、材料和工艺、试验方法、人员等分委员会，包括了10个国家的100多个成员单位。该委员会已经颁布了4项标准：ASTM F2792-12《增材制造技术标准术语》、ASTM F2915-12《增材制造文件格式标准规范》、ASTM F2921-12《增材制造——坐标系与命名标准术语》和ASTM F2924-12《铺粉熔覆增材制造Ti-6Al-4V 标准规范》，正在制订中的标准有《网格结构术语》、《用于增材制造试样试验结果报告的惯例》、《增材制造设计指南》、《电子束熔化（EBM）Ti-6Al-4V ELI钛合金》、《铺粉熔覆增材制造Inco nel 625镍基合金》、《铺粉熔覆增材制造Co-28Cr-6Mo合金》和《激光烧结高温聚醚醚酮宇航非结构部件》等。上述标准涵盖了基础标准、设计指南和产品标准，构成了较为完整的基础标准体系和开放的产品标准体系。从标准体系构成上看，该技术委员会规划了术语、制造文件（含计算机编码）格式、设计指南等基础标准，这既是增材制造技术领域新概念、新方法数量众多的反映，也是该技术进入大范围应用的客观需要。从正在开展的标准化活动看，近期将会有一些新的产品标准颁布，其中大部分是激光和电子束铺粉熔覆工艺制造的钛合金和高温合金产品，这对我国相关技术和产品的开发与应用具有一定的借鉴意义。

2011年，国际标准化组织ISO也成立了增材制造技术委员会TC 261，下设术语，方法、工艺和材料，试验方法，数据处理等分委员会或工作组。委员会目前有14个成员国和6个观察员国。国际标准化组织增材制造技术委员会与美国材料与试验协会增材制造技术委员会开展了合作，正在将前面提到的增材制造技术术语、制造文件格式和坐标系等3项ASTM基础标准转化为国际标准。该委员会也在制订自己的标准ISO 17296《增材制造——快速技术（快速原型制造）》，这份标准包括术语，方法、工艺和材料，试验方法，以及数据处理四个分标准。需要指出的是，快速原型制造是当前增材制造技术的主要应用方向，但增材制造技术应用范围不限于快速原型制造。

2011年，美国汽车工程师协会完成了对首份增材制造技术标准AMS 4999的换版。新标准AMS 4999A的名称更改为《退火Ti-6Al-4V钛合金直接沉积产品》，增加了工艺方法，完善了产品性能和检验要求，增加了工艺认证、产品认证和工艺过程控制要求等内容。与原标准相比，新标准的性能指标要求更加全面合理，内部质量检验要求更加具体可操作，标准实用性更强。

钛合金增材制造产品标准最为成熟

目前，国外已经颁布的两项增材制造产品标准都是针对Ti-6Al-4V钛合金的。中等强度的Ti-6Al-4V钛合金是航空航天领域应用最广泛的钛合金牌号，在西方国家，用量占到了飞机用钛合金的80%左右。我国与Ti-6Al-4V钛合金对应的牌号是TC4，该合金在航空航天领域也得到了广泛应用。钛合金原材料价格昂贵，机械加工困难、加工成本高。因此，降低坯料重量，尽量获得接近零件最终形状的毛坯，从而减少原材料投入和零件加工成本一直是钛合金应用技术发展的重点。与锻造和铸造等传统工艺相比，增材制造的优点之一是节省原材料、零件切削加工量小，在钛合金上应用优势突出。因此，在以航空应用为背景的增材制造技术研究中，钛合金一直占有较大比重，也最为成熟。

已经纳入标准的钛合金增材制造工艺方法有直接沉积法和铺粉熔覆法。

直接沉积法是送料（可以是粉或丝）与熔化同步进行的增材制造工艺。美国宇航材料规范AMS 4999A《退火Ti-6Al-4V钛合金直接沉积产品》就是针对直接沉积法的。该标准中规定的熔化热源为激光和电子束。与2002年颁布的AMS 4999标准相比，新标准增加了电子束工艺，表明电子束直接沉积技术也已经成为一种成熟的工艺。新标准规定的填充材料除粉末外，增加了丝材。新标准规定基体材料可以是Ti-6Al-4V钛合金厚板、棒材、锻件、型材、热等静压精铸件或冷床炉一次熔炼板材等各类品种，与老标准只有厚板一个品种相比适用范围更广。标准规定的产品用途为机械加工毛坯或锻造毛坯。直接沉积的钛合金产品一般在机械加工后使用，但在美国也有用于锻件毛坯进行模锻改进组织和性能的相关研究报道。

铺粉熔覆工艺是在熔覆开始前铺好一层20～100微米厚的金属粉末，然后用激光束或电子束等点热源将铺好的粉有选择性的按顺序完全熔化、凝固，通过这一过程的循环，完成零件的沉积过程。国外的选区激光熔化SLM，金属直接激光烧结DMLS和电子束熔化EBM等均属于铺粉熔覆工艺。与直接沉积工艺生产的产品相比，铺粉熔覆工艺可以获得更好的表面质量，对一些没有配合关系的表面，可以不经过机械加工直接使用。因此有人也把这种工艺称为精密增材制造技术。但这种工艺的沉积效率相对较低。美国标准ASTM F2924-12《铺粉熔覆增材制造Ti-6Al-4V标准规范》针对的就是铺粉熔覆法，熔化热源也有激光和电子束两种。该标准规定产品一般用于性能要求与锻造和轧制产品相同的部件。产品一般需要经过机加、打磨等后续的加工处理，以便得到所需的表面粗糙度和尺寸精度，同时也明确规定产品可以不经后续加工处理直接使用。

产品标准对性能和质量的要求更加完善

随着增材制造技术的发展和数据的积累，相关产品标准中对性能和质量要求的技术条款更加完善，达到了锻铸件标准的水平。

在性能要求方面， 2002年颁布的AMS 4999《退火Ti-6Al-4V钛合金激光沉积产品》中，产品拉伸性能指标中横向性能仍然采用了保证值——S基值，而且性能指标低于纵向。随着数据的积累，在新标准AMS 4999A中，横向性能也采用了A基值，而且与纵向性能指标要求相同。新标准关于拉伸性能指标的规定意味着，在纵向和横向构成的沉积平面上，产品的拉伸性能没有明显的差别，这对产品的应用有益。由于该项标准规定，高向拉伸性能试样应当包括基体材料与沉积层的界面，因此高向拉伸性能与纵、横向性能的差别，可能主要是反映了基体材料与沉积层界面的影响。标准中没有给出单一沉积材料的高向性能指标要求，这对使用该标准的设计者来说是个不足。新标准AMS 4999A中还增加了断裂韧度要求。从性能要求量值上看，Ti-6Al-4V钛合金直接沉积产品的拉伸强度和平面应变断裂韧度KIC与模锻件标准的规定处于相同水平，但塑性指标延伸率的要求较低。

在内部质量要求方面，2002年颁布的AMS 4999标准只有一条“不允许有对使用有害的外来材料、不完整和孔洞等缺陷”的定性规定，没有关于缺陷大小和检查方法的规定。新标准AMS 4999A增加了超声波检查和射线检查的内容，规定了检查采用的产品状态、检查方向、方法标准和缺陷标准等内容，要求具体、可操作。与变形产品只进行超声检查、铸造产品只进行射线检查不同，新标准规定直接沉积产品两项检查都需要进行，反映了直接沉积产品的组织和缺陷的特点，对保证航空航天产品使用安全具有重要意义。采用的检查方法标准分别是目前挤压产品和锻件常用的超声检查标准，以及铸件和焊接接头常用的射线检查标准，并未引入新的方法标准，这有利于该标准的推广采用。

产品标准对工艺过程的定义和控制要求更加明确

过程可控是航空产品生产工艺的基本要求。所谓可控包括工艺步骤可分解、可定义，工艺参数可检查、可记录，工艺过程稳定、可重复。

AMS 4999A《退火Ti-6Al-4V钛合金直接沉积产品》标准新增加了工艺和供应商批准，沉积参数批准，沉积/几何参数批准，制造大纲批准和固化工艺等工艺控制要求。

工艺和供应商批准在硬件试制开始前进行。由采购方对熔覆的热源、热源参数范围、填充材料、填充方法、气氛、沉积路径和粉末送料方法等工艺过程，以及填充材料的供应商进行批准。标准规定制粉工艺变化应重新进行工艺批准。标准还规定了进行工艺和供应商批准所需的试验批次和数量，应达到的性能指标要求以及性能试验实测值的分布要求。

沉积参数批准和沉积/几何参数批准在产品的试制开始前进行，其中，沉积参数批准针对的是不同的沉积工艺路径，沉积/几何参数批准针对的是特定产品的由多个沉积参数构成的沉积工艺过程。

沉积参数批准的沉积路径由一次沉积的宽度、多次沉积的宽度和相邻两次沉积间的重叠面积等参数定义。每个沉积路径包括粉的种类和供应商、粉密度、送料速度、熔池移动速度、沉积相邻两层之间的最小时间间隔等参数。标准规定应有足够数量的零件，以覆盖工艺参数的上下限和中间值。在沉积参数批准过程中，除了要检查拉伸性能，还需要进行应变疲劳性能试验。

沉积/几何参数包括下列沉积参数和零件几何特征：粉密度，送料速度，熔池移动速度，沉积相邻两层之间的最小时间间隔，基体材料厚度，沉积长度、高度和宽度，相对基体材料的沉积角度，沉积路径，不同沉积路径间相交的种类、方向和角度，沉积之间相交的长度、高度和宽度等。标准针对普通沉积和沉积之间相交，分别规定了沉积/几何参数批准需要进行的拉伸试验和应变疲劳试验的批次和数量要求。

标准规定所有直接沉积产品应当按由供应商准备、采购方批准的固化工艺和制造大纲进行生产。制造大纲应当与认证产品的生产实际相符，并包括下列固化的工艺元素：基体材料规范、尺寸和准备要求，沉积工具/工装，填充材料来源和控制要求，送料的方法和控制程序，预热温度和时间，产品的 CAD模型和包括机器编码的CAM文件，零件沉积工艺参数和控制范围，超声波检查方法，性能试验取样和试验频次要求，热处理工艺参数和工具/工装，热等静压工艺参数和工具/工装，尺寸检查要求等。对固化工艺任何有目的的偏离，供应商在生产实施前，应当向采购方提交申请，以获得批准。采购方应当定义保证工艺和制造大纲的更改不对结构完整性和材料性能发生有害影响的试验要求。

材料和零件加工过程受控是保证飞机零件质量和可靠性的重要措施，相关的工艺认证批准活动，已经成为原材料和零件质量控制的惯例。增材制造技术工艺过程与传统工艺过程有很大差异。生产商如何表征、采购方如何认证和批准沉积工艺过程，对该项技术在飞机上大范围应用具有重要意义。AMS 4999A标准中关于直接沉积产品工艺过程表征，以及工艺过程认证批准的思路和方法，对增材制造技术在我国航空产品上推广应用具有一定借鉴意义。

关于我国航空增材制造技术标准发展的建议

我国增材制造技术处于快速发展中。在金属直接沉积工艺方面，钛合金激光快速成形大型关键、重要承力部件等已经在飞机上使用，工艺和应用技术整体上处于国际领先水平。在铺粉熔覆工艺方面，采用激光精密增材成形工艺研制出了飞机用复杂、大型空间曲面多孔钛合金构件。

但是应当看到，我国增材制造技术标准化工作落后于国外，没有充分反映技术发展的水平。已经在飞机上装机使用的增材制造产品均采用各企业的技术条件和规范。由于缺少对沉积工艺过程的表征、控制和认证批准的规定，每项产品都要走研制、试制程序，产品的大范围推广使用受到制约，已有的技术优势并没有迅速转化为规模化的产品优势，距离形成市场优势的差距更远。

为了加快我国航空增材制造技术标准化工作，需要尽快成立增材制造标准化技术委员会，统筹推进标准化工作。可以在全国航空器标准化技术委员会下成立相关工作组，负责组织开展增材制造技术标准体系规划，积极参加国际标准化组织（ISO）增材制造技术委员会ISO TC 261的活动，开展相关基础标准的制订或国外相关基础标准的转化工作。

在增材制造技术产品标准化方面，可以发挥中航工业相关研究所和工厂在激光快速成形和激光精密增材成形工艺上的也已形成的技术和应用优势，借鉴国外相关产品标准在内部质量、工艺控制、验证程序方面的规定，加快开展集团标准的制订工作，强化对增材制造产品的质量和工艺过程控制，通过标准化活动促进增材制造技术的推广应用，加快技术优势向产品优势和市场优势的转化。