标准助力航空航天增材制造产业发展与工程化应用

在 2019 年 11 月的中航迈特用户大会上，南极熊聆听了中国航空综合技术研

究所 、华质卓越生产力促进（北京）有限公司，融融研究院院长 栗晓飞，

“标准助力航空航天增材制造产业发展与工程化应用”的演讲。

△栗晓飞

南极熊备注：以下图片均从栗晓飞演讲 PPT 中提取

对于 3D 打印的标准，现在国内外都有很多，但很多时候大家都不理解。我

们在做标准的过程当中，也参考国外的标准。明明国外已经定出来，并且整

个工程应用已经开始了，但是看到标准里面的条款，实际上还有很多疑惑的

地方，不知道它为什么这么定，除了管理体制的问题，因为说国外的这种技

术管理，包括成熟度的界定，国内刚刚引入，国内目前对成熟度或者说在型

号应用上整个技术管理的流程有差异，每个阶段都不一样。如果把国外标准

进行充分吸收借鉴，把我们自己本身的技术能力和技术管理体制调整过来

呢？实际上非常困难。

美国的增材制造标准

△美国增材制造的组成单位，包括政府、国防部、工业界、科研机构等

美国增材制造的组成单位，分为几个部分，第一个就是政府，政府最关注的

就是增材制造产业到底有没有发展，未来产业规模是多大，能够给国家带来

多大的经济收入和政治优势；通过一系列的方式措施手段去搭建平台。第二

个就是终端用户，可能国内也是一样，很多技术产品，包括是从军工开始，

因为成本太高，一般民用烧不起钱。

所以很多技术和材料都是最开始从国家军工投入研发，成熟了之后，慢慢价

格降低，最后应用到其他领域。

△美国增材制造的发展历程

美国增材制造的发展历程是这样：

①美国国防部就针对自己的军事需求，改变游戏规则，实施第三次抵消策

略，满足陆、海、空三军及国防后勤局需求，提出了“DOD 增材制造路线

图”；

②前身国家增材制造创新研究所(NNMII)，从 2012 年起建立了美国制造（A

merican Makes），根据在制造中各个不同部分的痛点或者技术难题开展了

大量基础技术研究，到目前为止已经有 71 项；

③不同应用场景和技术链条的单位，由波音、GE、雷神等军工企业，Sieme

ns、Autodesk、EOS 等民口企业，DoD、FAA、NASA 等政府组织，NIS

T、阿拉巴马等高校与科研机构，ASTM、SAE 等标准化机构，一起合作形成

增材制造标准化协作组（AMSC）。

△美国制造的 71 项基础技术研究

△美国国防部的 3D 打印技术路线图，由美国增材制造创新机构和德勤公司负

责制定，美国陆海空三军和国防后勤部全程参与；应用于武器军事维修与保

障、部署与远征、新部件新系统的采办；涉及设计、材料、工艺、价值链四

个技术环节领域

△总体上，美国增材制造是以军事和工程化需求来牵引，通过基础研究，最后

制定出可以促进产业发展和应用的手段依据标准

目前，全球范围内，已经出现了很多关于增材制造的标准，推出标准的单位

有国际标准化组织、英国美国国防军工、航空方面的 FAA/EASA、3MF/AST

M 等国外先进标准化组织；包含发布、在编及计划编制，共计约 100 项。

△根据已经发布的增材制造标准，一般可以归为通用基础、设计、材料、制

造、产品、测试评估、修理等几个节点

ISO/ASTM 的增材制造标准情况

△ISO/ASTM 的增材制造标准情况

• ISO 17296-2:2015 增材制造-通用要求-第 2 部分：工艺类型及原材料

• ISO 17296-3:2014 增材制造-通用要求-第 3 部分：主要特性及对应测试

方法

• ISO 17296-4:2014 增材制造-通用要求-第 4 部分：数据处理

• ISO/ASTM 52900:2015 增材制造-通用要求-术语

• ISO/ASTM 52910:2018 增材制造-设计-要求、指南及建议

• ISO/ASTM 52901:2017 增材制造-通用要求-AM 零件采购通用要求指南

• ISO/ASTM 52921:2013 增材制造术语-坐标系及试验方法

• ISO/ASTM 52915:2016 增材制造文件格式（AMF）规范 1.2 版

• ISO 27547-1:2010 塑料-使用无模技术的热塑材料试验样品制备-第 1 部

分：通则及激光烧结制备试验样品

• ISO/ASTM 52902:2019 增材制造-测试标样-增材制造系统几何能力评估

指南

• ISO/ASTM 52904:2019 增材制造-过程特征与性能-符合苛刻条件应用的

金属粉末床熔融过程标准惯例

• ISO/ASTM 52911-1:2019 增材制造-粉末床熔融技术设计指南-第 1 部

分：金属激光粉末床熔融

• ISO/ASTM 52911-2:2019 增材制造-粉末床熔融技术设计指南-第 2 部

分：聚合物激光粉末床熔融

• ASTM F2921-13（2019）增材制造术语——坐标系及测试方法

SAE 增材制造标准情况

2015 年，SAE 成立了 AMS-AM 技术委员会，积极开展增材制造技术标准的

制定工作，截止目前，已发布 12 项 AMS 标准，27 项标准正在制定过程

中。

相关情况涉及：

• 制定材料规范：针对原材料和成形后材料（包括金属、塑料等）的采购，

制定航空航天材料规范（AMS），并与相应的共享材料性能数据库结合。

• 发布工艺类标准：发布推荐性惯例、规范和标准，用于通过 AM 材料加工

和制造航空航天产品。

• 与相关组织协调：通过与 MMPDS、CMH-17、ASTMF42、AWS D20、

Nadcap 等相关组织进行协调，促进对材料规范的采用。

• 数据发布：针对新材料与 MMPDS 或 CMH-17 工程技术工作组协调在共

享材料特性数据库内的数据发布要求。

• 标准体系保证：建立体系来确保材料规范是受控并可追溯的，并对依据规

范化程序分析过的数据进行统计分析。

△涉及电子束、激光粉末床、等离子弧、激光熔丝、熔融挤出等技术类型工艺

• AMS4999A 退火态 Ti6Al4V（TC4）钛合金直接沉积制件

• AMS7000 消除应力、热等静压及固溶退火态 IN625（GH3625）耐蚀耐

热镍基高温合金激光粉末床成形零件

• AMS7001 IN625 耐蚀耐热镍基高温合金增材制造用粉末

• AMS7002 航空航天零件增材制造用金属粉末原材料生产过程要求

• AMS7003 激光粉末床熔融工艺

• AMS7004 基板上等离子弧定向能量沉积增材制造成形 Ti6Al4V（TC4）

钛合金毛坯（去应力态）

• AMS7005 等离子弧熔丝定向能量沉积增材制造工艺

• AMS7008 哈氏合金 X（GH3536）粉末

• AMS7013 增材制造用 60Ni -22Cr -2.0Mo -14W -0.35Al -0.03La（G

H3230）耐蚀耐热镍基合金粉末

• AMS7014 增材制造用 Ti-6.0Al-2.0Mo-4.0Zr-2.0Sn（TA19）高温钛合

金粉末

• AMS7100 熔融沉积成形（FDM）增材制造工艺

• AMS7101 熔丝挤出增材制造用材料

美国国家航空航天局 NASA 增材制造标准情况

NASA 发布的 MSFC-STD-3716 金属激光粉床熔融增材制造航空航天产品

标准 MSFC-SPEC-3717 金属激光粉床熔融增材制造冶金过程控制与鉴定规

范目的主要有两方面：

• 对基础过程及零件生产过程控制进行定义，用于对 L-PBF 技术当前状态

相关的风险进行管理；

• 向总师系统（CEO）及当局提供产品一致性证明，评估每个 L-PBF 零

件的风险及控制的合规性。

定义 L-PBF 中的基础过程控制方面的程序要求，包括：

• L-PBF 冶金过程的定义与鉴定要求；

• 设备及设施的维护、校准及鉴定要求；

• 操作人员培训要求。

ASME 增材制造标准情况

ASMEY14.46-2017 涵盖了增材制造（AM）技术特有的术语和特征的定

义，并提出了在产品定义数据集和相关文档中统一规范的建议。该标准可用

于统一规范设计、制造和检测中相关的 AM 详细信息。

美国国防部 DOD 增材制造标准情况

MIL-STD-3049 规定了采用金属直接沉积（DDM）在金属零件基体上进行金

属沉积修复相关的材料选择、鉴定与检验要求。

美国联邦航空管理局 FAA 增材制造标准情况

2018 年，FAA 发布了 AC 33.15-4 标准，它基于 PBF AM 材料的工艺依赖

性强。

用于 PBF AM 材料的设计值不仅与制造商采购原材料的变异性相关，而且还

与用于制造生产零件和维修的制造工艺所引入的变异性相关。由 AM 专家确

定，PBF AM 工艺最多涉及 100 个工艺参数，必须理解这些参数，包括具有

稳定和可重复的方式生产零件的能力所需要的控制水平。

AMSC 增材制造标准

另外，国外增材制造标准还有：

• 3MF：材料、制造、产品、点阵、切片等的格式

• AWS：增材制造金属零件制造规范

• PRI：激光与电子束金属粉末床增材制造审核准则

• UL:增材制造设施安全管理审查大纲

• VDI:增材制造术语定义、设计、质量控制、分级分类、材料数据表等 16 项

标准

标准如何助力产业发展与工程化

标准，推动产业发展与工程化应用的关键。对于中国的增材制造标准来说，

迫切需要建立企业标准体系。

中国航空综合技术研究所希望打造一个“链接企业 为企业赋能”的增材制造

新模式——融融生态圈。

△融融生态圈正在做的事情

• 再制造、尺寸及涂层修复用金属直接沉积通用技术要求

• 军用增材制造零件采购与验收指南

• 增材制造技术与标准路线图研究

• 增材制造材料及产品合格鉴定

• 已发布 5 项激光直接沉积增材制造系列标准

• 在研 10 项通用基础、激光选区熔化系列标准

• 中科院增材制造战略咨询项目 2 项，科技部重点研发计划 1 项，科技部 N

QI 项目 1 项

• 中国航发商发增材制造标准体系建设及关键标准研制项目

首批正在制定 13 项团体标准，包括增材制造产品数字化定义、增材制造坐

标系定义指南、增材制造金属粉末原材料生产过程控制要求等，由航空工

业、中国商飞、中国航发、航天科技、航天科工、国家创新中心、国家质检

中心、铂力特、中航迈特等单位共同参与。希望有更多的单位可以参与进

来，一起推动中国增材制造事业的发展。