VDI 3405 Blatt 1-2013 Additive manufacturing processes rapid manufacturing - Laser sintering of polymer parts - Quality control.pdf

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1、ICS 25.020, 83.080.20 VDI-RICHTLINIEN Oktober 2013 October 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Additive Fertigungsverfahren, Rapid Manufacturing Laser-Sintern von Kunststoffbauteilen Gteberwachung Additive manufacturing processes, rapid manufacturing Laser sintering of polymer parts Quality control VDI

2、 3405 Blatt 1 / Part 1 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The German version of this standard shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produktionstechnik und

3、Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielfltigungauchfrinnerbetriebliche Zwecke nicht gestattet /Reproductionevenforinternalusenot permittedFrhere Ausgabe:11.12 Entwurf,deutschFor

4、meredition:11/12Draft,in German onlyZu beziehen durch /Available atBeuth Verlag GmbH,10772 BerlinAlle Rechte vorbehalten /Allrightsreserved Verein DeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Normative Verweise . 4 3 Begriffe .

5、 5 4 Formelzeichen und Abkrzungen . 6 5 Prfung des Ausgangswerkstoffs 6 5.1 Wareneingangskontrolle 7 5.2 Werkstoffberwachung (Refresh) 8 6 Prozessberwachung 9 6.1 berwachungsintervall und Anlagenzertifizierung 11 6.2 berwachung pro Bauprozess . 12 6.3 Kontinuierliche berwachung fr jede Schicht . 12

6、7 Prfen der Bauteilqualitt (standardisierte Testverfahren) . 14 7.1 Prfbauprozess und Anlagenqualifizierung . 15 7.2 Zerstrende Prfung (Mechanische Eigenschaften) . 16 7.3 Zerstrungsfreie Prfung . 16 8 Qualittsstandards 16 8.1 Empfehlungen 19 8.2 Prfstrategien . 20 9 Folgeprozesse 23 10 Sicherheit u

7、nd Umwelt 23 10.1 Allgemeine Gefhrdungen . 25 10.2 Gefhrdungen in einzelnen Anlagenbereichen 26 10.3 Gefhrdungen bei Nacharbeitsprozessen . 26 10.4 Umwelt 28 Anhang . 29 A1 Ablauf MVR-Messung fr PA12 . 29 A2 Ringversuch Anlagenqualifizierung . 29 A3 Ringversuch DDK(DSC)-Prfung . 33 A4 Ringversuch Ha

8、usnerzahl 33 Schrifttum 36 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 3 2 Normative references 4 3 Terms and definitions 5 4 Symbols and abbreviations . 6 5 Testing of the raw powder material 6 5.1 Incoming goods inspection 7 5.2 Inspecting materials (refresh) 8 6 Process control 9 6.1 Monitoring i

9、nterval and system certification 11 6.2 Monitoring per build process . 12 6.3 Continuous monitoring of each layer . 12 7 Testing part quality (standardised test methods) . 14 7.1 Test build and system certification 15 7.2 Destructive testing (mechanical properties) 16 7.3 Non-destructive testing 16

10、8 Quality standards . 16 8.1 Recommendations 19 8.2 Testing strategies . 20 9 Downstream processes . 23 10 Safety and the environment 23 10.1 General risks 27 10.2 Risks in individual areas of the machine 28 10.3 Risks from post-processing treatments 28 10.4 Environment 28 Annex 30 A1 MVR measuremen

11、t cycle for PA12 . 30 A2 Round robin test for system qualification . 30 A3 Round robin DDC (DSC) test. 33 A4 Round robin test Hausner ratio . 33 Bibliography 36 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EE8ED9NormCD - Stand 2013-10 2 VDI 3405 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher I

12、ngenieure e.V., Dsseldorf 2013 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder voll

13、stn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, s

14、ei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3405. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standard VDI 1000. All rights are reser

15、ved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the V

16、DI Notices (www.vdi.de/ richtlinien). We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the internet at www.vdi.de/3405. Einleitung Diese Richtlinie wendet sich an Werkstoffherstel-ler, An

17、wender und Produzenten von polymerba-sierten additiven Fertigungsverfahren und daraus hergestellten Produkten. Sie wurde aufbauend auf der Richtlinie VDI 3404 erarbeitet, welche die Be-schreibung verschiedener additiver Fertigungsver-fahren aus unterschiedlichen Werkstoffen zum Inhalt hat. Im Fokus

18、der vorliegenden Richtlinie stehen Rapid-Manufacturing-Verfahren (RM-Ver-fahren) ab einer Losgre N = 1. Im Gegensatz zu Prototypen weisen diese Bauteile einen hohen Se-riencharakter auf. Das Rapid Prototyping wird in dieser Richtlinie nicht behandelt. Die additive Fertigung von metallischen Bauteile

19、n ist in der Richtlinie VDI 3405 Blatt 2 wiedergege-ben. In der vorliegenden Richtlinie sind wesentliche Gesichtspunkte zusammengestellt, die bei der addi-tiven Fertigung von lasergesinterten Bauteilen von Bedeutung sein knnen. Dazu gehrt die Prfung des Ausgangswerkstoffs, die Inline-Prozessber-wach

20、ung und die Prfung der generierten Bauteil-eigenschaften anhand von Probekrpern. Die Richtlinie beinhaltet ebenfalls Hinweise zu Quali-ttsstandards und Folgeprozessen. Dabei erfasst sie auch sicherheitstechnische und umweltrelevante Aspekte. Die Richtlinie setzt bei der Anwendung Grundkennt-nisse be

21、r den Prozessablauf der verschiedenen Verfahren voraus. Auf Details der in der Praxis eingesetzten Verfahren wird nur insoweit eingegan-gen, wie dies fr das Verstndnis der Aussagen erforderlich ist. Introduction This standard is addressed to manufacturers of material, users and producers of polymer-

22、based additive manufacturing processes and products derived from them. It is designed on the basis of the standard VDI 3404, which describes different additive manufacturing processes using different kinds of materials. This standard focuses on rapid manufacturing (RM) processes from a batch size of

23、 N = 1. In contrast to prototypes, these products have a strong character as serial parts. Rapid proto-typing is not the issue of this standard. Additive manufacturing of metal parts is dealt with in standard VDI 3405 Part 2. This standard brings together the principal consid-erations which may be r

24、elevant to the additive manufacturing of laser-sintered parts. These in-clude testing of raw powder material, in-line pro-cess control and testing of part properties on the basis of test specimens. This standard also contains information about quality standards and down-stream processes, including s

25、afety and environ-mental aspects. This standard assumes that the reader has a basic understanding of the process flows which the vari-ous manufacturing processes entail. Details of the practically used processes are only described as far as necessary to understand the statements. B55EB1B3E14C22109E9

26、18E8EA43EDB30F09DCDB7EE8ED9NormCD - Stand 2013-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3405 Blatt 1 / Part 1 3 Die Forderung an das RM ist die Fertigung von Bauteilen mit gleich bleibenden Bauteileigenschaf-ten und gleich bleibender Qualitt bei jedem Bau-prozess. D

27、ie Reproduzierbarkeit additiv gefertigter Produkte steht daher im Vordergrund dieser Richt-linie. Zur Realisierung reproduzierbarer Teile ms-sen Anlagen und deren Parameter derart spezifi-ziert werden, dass eine Anlagenqualifizierung mglich ist. Der Hersteller stellt die ntigen Angaben in einem Date

28、nblatt bereit. Diese beziehen sich auf den An-lagentyp und den verwendeten Werkstoff. Fr die mindestens zu garantierenden Bauteileigenschaften wird die Festigkeit bei der dabei erreichbaren mini-malen Wanddicke und Spaltbreite herangezogen. The challenge for rapid manufacturing is to deliver parts w

29、ith constant properties and part quality in each building process. This standard will therefore focus on the reproducibility of additively manufac-tured products. To achieve reproducibility in the production of parts, the system requirements and their parameters must be specified so as to enable fac

30、ilities to be qualified. The manufacturer provides the necessary informa-tion in the form of a data sheet. These are specific to the type of machine and the material being used. For the minimum guaranteed part properties the strength will specified at the minimal wall thick-ness and gap width. 1 Anw

31、endungsbereich Die additiven Fertigungsverfahren sind fester Be-standteil des Produktentstehungsprozesses und der Serienfertigung von Bauteilen. Der Laser-Sinter-Prozess wird vielfltig beein-flusst. Hierunter fallen vor allem die Eigenschaften des eingesetzten Pulvers und die gewhlten Pro-zessparame

32、ter, die die erzielbaren Bauteileigen-schaften mageblich bestimmen. Die Parameter knnen teilweise frei definiert werden. Die Anga-ben von mechanischen, physikalischen, chemi-schen oder elektrischen Eigenschaften in den Werkstoff-Datenblttern sind als Richtwerte fr die jeweiligen Werkstoffe unter Ver

33、wendung von Standardparametern anzusehen. Exaktere Kenn-werte knnen jeweils nur beim jeweiligen internen oder externen Bauteillieferanten nachgefragt wer-den. Aus diesen Grnden kann nur eine einge-schrnkte Reproduzierbarkeit der Bauteileigen-schaften zwischen verschiedenen Bauteillieferan-ten sowie

34、unterschiedlichen Fertigungsanlagen gewhrleistet werden. Ziel dieser Richtlinie ist es, Rohstofflieferanten, Anlagenherstellern, Anwendern (Auftraggeber) und Teilelieferanten (externen und internen) praxiser-probte Hinweise und Empfehlungen zu geben und einheitliche Referenzwerte und Qualittsberwa-c

35、hungssysteme fr das Laser-Sintern vorzugeben. Somit knnen die komplexen Wechselwirkungen zwischen Werkstoff, eingestellten Prozessparame-tern und den sich daraus ergebenden Prozessbedin-gungen bei der Entstehung der Bauteileigenschaf-ten verstanden werden. Diese Richtlinie gibt Emp-fehlungen zur Prf

36、ung des Ausgangswerkstoffs, zur Prozessberwachung und zum Prfen der Bau-teilqualitt. 1 Scope Additive manufacturing processes are an inherent part of the product development process and the production of serial parts. The laser sintering process is subject to influences by a number of different fact

37、ors. In particular the properties of the powder used and the chosen pro-cess parameters determine the part properties sig-nificantly. The parameters can to some extent be freely defined. Information in the material data-sheets about mechanical, physical, chemical and electrical characteristics serve

38、s as standard value for the respective materials when standard parame-ters are used. More precise characteristic values are only available from the internal or external com-ponent supplier. For these reasons, only limited reproducibility of part properties can be ensured between different component

39、suppliers and differ-ent manufacturing machines. The aim of this standard is to offer raw material suppliers, system manufacturers, users (customers) and parts suppliers (external and internal) field-tested guidance and recommendations, as well as to provide standardised reference values and qual-it

40、y control systems for laser sintering. This will enable complex interactions between material, process parameters and ensuing process conditions to be understood during formation of part properties. This standard provides recommen-dations for testing the raw powder material, for process control, and

41、 for testing the resulting part quality. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EE8ED9NormCD - Stand 2013-10 4 VDI 3405 Blatt 1 / Part 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Die Richtlinie ist in allen Bereichen anwendbar, in denen additive Verfahren zur direkten

42、 Bauteilferti-gung eingesetzt werden. Das betrifft vor allem die Bereiche: Herstellung von additiven Fertigungsanlagen und deren Zubehr, inklusive Software Werkstoffentwicklung und -vertrieb Konstruktion und Auslegung additiv gefertigter Bauteile additive Fertigung von Bauteilen, Werkzeugen und Endp

43、rodukten Einsatz dieser Bauteile, Werkzeuge und End-produkte The standard applies to all fields where additive manufacturing processes are used for direct manu-facturing, including the following sectors in par-ticular: production of additive manufacturing systems and their components, including soft

44、ware material development and distribution design and dimensioning of additively manu-factured parts additive manufacturing of parts, tools and end products use of these parts, tools and end products 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung

45、dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN 66165-1:1987-04 Partikelgrenanalyse; Sieb-analyse; Grundlagen (Particle size analysis; Sieve analysis; General principles) DIN 66165-2:1987-04 Partikelgrenanalyse; Sieb-a

46、nalyse; Durchfhrung (Particle size analysis; Sieve analysis; Procedure) DIN EN ISO 60:2000-01 Kunststoffe; Bestim-mung der scheinbaren Dichte von Formmassen, die durch einen genormten Trichter abflieen knnen (Plastics; Determination of apparent density of material that can be poured from a specified

47、 funnel) DIN EN ISO 291:2008-08 Kunststoffe; Normalkli-mate fr Konditionierung und Prfung (Plastics; Standard atmospheres for conditioning and testing) DIN EN ISO 527-1:2012-06 Kunststoffe; Bestim-mung der Zugeigenschaften; Teil 1: Allgemeine Grundstze (Plastics; Determination of tensile properties;

48、 Part 1: General principles) DIN EN ISO 527-2:2012-06 Kunststoffe; Bestim-mung der Zugeigenschaften; Teil 2: Prfbedin-gungen fr Form- und Extrusionsmassen (Plas-tics; Determination of tensile properties; Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics) DIN EN ISO 1110:1998-03 Kunststoffe

49、; Polyami-de; Beschleunigte Konditionierung von Probe-krpern (Plastics; Polyamides; Accelerated conditioning of test specimens) DIN EN ISO 1133-1:2012-03 Kunststoffe; Bestim-mung der Schmelze-Masseflierate (MFR) und der Schmelze-Volumenflierate (MVR) von Thermoplasten; Teil 1: Allgemeines Prfverfah-ren (Plastics; Determination of the melt mass-flow rate (MFR) and melt volume-flow rate (MVR) of thermoplastics; Part 1: Standard me-thod) DIN EN ISO 1133-2:2012-03 Kun