VDI 3405 Blatt 2-2013 Additive manufacturing processes rapid manufacturing - Beam melting of metallic parts - Qualification quality assurance and post processing.pdf

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1、 ICS 03.120.10, 25.020 VDI-RICHTLINIEN August 2013 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Additive Fertigungsverfahren Strahlschmelzen metallischer Bauteile Qualifizierung, Qualittssicherung und Nachbearbeitung Additive manufacturing processes, rapid manufacturing Beam melting of metallic parts Qualification,

2、quality assurance and post processing VDI 3405 Blatt 2 / Part 2 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.

3、 VDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL) Fachbereich Produktionstechnik und Fertigungsverfahren VDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren, Band 2: Fertigungsverfahren Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhere

4、Ausgabe:04.12Entwurf, deutschFormeredition:04/12Draft,inGerman onlyZubeziehendurch/ AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772BerlinAlleRechtevorbehalten/ All rightsreservedVereinDeutscherIngenieuree.V.,Dsseldorf2013Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative

5、 Verweise 3 3 Begriffe 3 4 Formelzeichen und Abkrzungen . 4 5 Prfung des Pulverwerkstoffs . 5 6 Metallografische Prfverfahren . 9 7 Dichte . 11 7.1 Archimedisches Verfahren . 12 7.2 Bildanalyse von metallografischen Schliffen . 12 8 Ermittlung von mechanischen Eigenschaften . 14 8.1 Statisch . 14 8.

6、2 Dynamische Prfung 22 9 Oberflchengte . 27 10 Form-, Ma- und Lagetoleranzen 28 11 Zerstrungsfreie Prfung . 31 12 Nachgelagerte Verfahren . 33 13 Wrmebehandlung 34 Anhang 36 Schrifttum 38 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references . 3 3 Terms and definitions 3 4 Symbols a

7、nd abbreviations . 4 5 Testing powdered materials 5 6 Metallographic test methods . 9 7 Density . 11 7.1 Archimedean method . 12 7.2 Image analysis of metallographic specimens . 12 8 Determining the mechanical characteristics 14 8.1 Static 14 8.2 Dynamic testing . 22 9 Surface quality 27 10 Form, di

8、mensional and positional tolerances 28 11 Non-destructive testing 31 12 Post-production processes . 33 13 Heat treatment. 34 Annex 36 Bibliography 38 B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 2 VDI 3405 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e

9、.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 vollstn-dig, si

10、nd 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, sei gedankt.

11、 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 reserved, includ

12、ing 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 VDI Notices

13、(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 wurde aufbauend auf der Richtli-nie VDI 3404 erarb

14、eitet, die die Beschreibung verschiedener additiver Fertigungsverfahren aus unterschiedlichen Werkstoffen zum Inhalt hat. Ergnzend behandelt diese Richtlinie die Prfung von aus metallischen Werkstoffen additiv herge-stellten Bauteilen. Introduction This standard is designed to complement the stan-da

15、rd VDI 3404, which describes different additive manufacturing processes using a variety of materi-als. This standard covers the testing of components manufactured from metallic materials using addi-tive technologies. Die additive Fertigung von Bauteilen aus metalli-schen Werkstoffen weist ebenso wie

16、 konventionel-le Fertigungsverfahren (z. B. Gieen und Frsen) kritische Qualittseigenschaften auf. Diese sind insbesondere die Dichte, Festigkeit, Hrte, Ober-flchengte, Mahaltigkeit, Eigenspannungsver-halten, Rissfreiheit, und Gefgehomogenitt, die charakteristisch an additiv gefertigten Bauteilen zu

17、prfen sind. Vor dem Hintergrund, Funktionsbau-teile im industriellen Mastab herzustellen, ist es erforderlich, additive Fertigungsverfahren nach einheitlichen Kriterien zu qualifizieren und laufen-de additive Fertigung mit einer standardisierten Qualittsprfung abzusichern. As with conventional manuf

18、acturing processes (e.g. casting and milling), metallic parts produced by additive manufacturing technologies have criti-cal-to-quality characteristics. These include in particular density, strength, hardness, surface qual-ity, dimensional accuracy, residual stress proper-ties, absence of cracks and

19、 structural homogeneity, which are typically tested in additively manufac-tured components. The quality of additively manu-factured components is essential if functional com-ponents are produced on an industrial scale. Thus, it is necessary to qualify additive manufacturing processes according to un

20、iform criteria and to ap-ply standardised in-process testing. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie gibt Empfehlungen fr die Prfung verschiedener Eigenschaften von additiv hergestell-ten Bauteilen aus Metall. Diese Richtlinie bezieht sich zunchst auf laserstrahlbasierte Verfahren, ist jedoch nicht zwan

21、gslufig darauf beschrnkt. Die Richtlinie enthlt ausschlielich bekannte Prfverfahren und Methoden, die bereits anderwei-tig standardisiert oder genormt sind und allge-meingltigen Charakter besitzen. Da typischerwei-se diese Prfverfahren und Methoden verschiedene Freiheitsgrade erlauben, sind oftmals

22、Ergebnisse 1 Scope The standard gives recommendations for testing various characteristics of additively manufactured metal parts. Although it relates primarily to laser-beam-assisted processes, it is not necessarily lim-ited to such processes. The standard refers only to well-established test proced

23、ures and methods which are already stan-dardised elsewhere and are regarded as universally valid. Since these test procedures and methods typically allow varying degrees of freedom, the results for test specimens which have been pro-B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-0

24、9All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3405 Blatt 2 / Part 2 3 fr Prfkrper, die mittels eines bestimmten addi-tiven Herstellungsverfahrens produziert wurden, nicht direkt vergleichbar. Um die Vergleichbarkeit zu erhhen, ist es erforderlich, weitere Prfkriteri-en vo

25、rzugeben, die insbesondere eine Beurteilung der eingangs genannten kritischen Qualittseigen-schaften gefertigter Bauteile ermglichen. Die Normen zu den verwendeten Prfverfahren und Methoden sind in Abschnitt 2 namentlich aufge-fhrt und knnen gleichermaen zur Qualifizie-rung eines additiven Herstellu

26、ngsverfahrens als auch zur laufenden Qualittssicherung herangezo-gen werden. Deren Anwendung wird in Ab-schnitt 7 bis Abschnitt 13 definiert. duced using a specific additive manufacturing process are often not directly comparable. To in-crease comparability, further test criteria must be specified w

27、hich allow the aforementioned critical-to-quality characteristics of additively manufac-tured parts to be assessed. Standards for the test procedures and methods used are listed in Sec-tion 2 and can be used to qualify an additive manu-facturing process or similarly for in-line quality assurance pur

28、poses. Section 7 to Section 13 de-scribe their implementation. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indispen-sable for the application of this standard: DIN 50125:2

29、009-07 Prfung metallischer Werk-stoffe; Zugproben (Testing of metallic materials; Tensile test pieces) DIN EN ISO 4287:2010-07 Geometrische Pro-duktspezifikation (GPS); Oberflchenbeschaffen-heit: Tastschnittverfahren; Benennungen, Defini-tionen und Kenngren der Oberflchenbeschaf-fenheit (Geometrical

30、 Product Specifications (GPS); Surface texture: Profile method; Terms, definitions and surface texture parameters) DIN EN ISO 4288:1998-04 Oberflchenbeschaf-fenheit; Tastschnittverfahren; Regeln und Ver-fahren fr die Beurteilung der Oberflchenbe-schaffenheit (Geometrical Product Specifications (GPS)

31、; Surface texture: Profile method; Rules and procedures for the assessment of surface texture) DIN EN ISO 6508-1:2006-03 Metallische Werk-stoffe; Hrteprfung nach Rockwell; Teil 1: Prf-verfahren (Skalen A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) (Metallic materials; Rockwell hardness test; Part 1: Test method

32、(scales A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T) DIN EN ISO 6892-1:2009-12 Metallische Werk-stoffe, Zugversuch; Teil 1: Prfverfahren bei Raumtemperatur (Metallic materials; Tensile testing; Part 1: Method of test at room tempera-ture) VDI 3404:2009-12 Generative Fertigungsverfah-ren; Rapid-Technologien (Rap

33、id Prototyping); Grundlagen, Begriffe, Qualittskenngren, Lie-fervereinbarungen (Additive fabrication; Rapid technologies (rapid prototyping); Fundamentals, terms and definitions, quality parameters, supply agreements) 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die folgenden Begriffe: Addit

34、ives Fertigungsverfahren (generatives Fertigungsverfahren) Fertigungsverfahren, bei dem das Werkstck ele-ment- oder schichtweise aufgebaut wird. Bauplattform (Substratplatte, Bauplatte, Arbeitsplattform) Platte, auf der Bauteile direkt aufgebaut werden. Korngre (1; Pulverpartikelgre, Partikelgre, Te

35、ilchengre) Durchschnittlicher Durchmesser der betrachteten Pulverpartikel. 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the following terms and definitions apply: Additive manufacturing A manufacturing process in which the workpiece is built up in successive layers or units. Build plat

36、form (build tray) Platform on which the parts are directly built. Grain size (1; powder particle size, particle size) Average diameter of powder particles under consideration. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09 4 VDI 3405 Blatt 2 / Part 2 Alle Rechte vorbehalten Ver

37、ein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 Korngre (2; metallurgische Korngre) Im Schliff betrachtete mittlere Gr-e des Korns im metallurgischen Gefge. Grain size (2; metallurgical grain size) Average grain size in the metallur-gical structure when viewed in cross-section. 4 Formelzeichen und Abk

38、rzungen Formelzeichen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Formelzeichen verwendet: Formel- zeichen Benennung Einheit a Probendicke (Biegeversuch) mm bpb Probenbreite (Biegeversuch) mm d0Probendurchmesser mm d1metrisches ISO-Gewinde mm db Rollendurchmesser (Biegeversuch) mm EVVol

39、umenenergiedichte J/mm3Fb Stempelkraft (Biegeversuch) N Fmax Maximalkraft (Biegeversuch) N h Kopfhhe mm hsSpurabstand mm KU, KVKerbschlagarbeitU:U-Kerbe, V:V-Kerbe J L0Anfangsmesslnge (L0= 5d0) mm LcVersuchslnge (Lc L0+ d0) mm LtGesamtlnge mm lab Rollenabstand (Biegeversuch) mm lp Probenlnge (Biegev

40、ersuch) mm lzSchichtdicke mm N Nennma mm PLLaserleistung W Rz gemittelte Rautiefe m Sb Stempelweg (Biegeversuch) mm T Toleranzma mm TT bergangstemperatur K, C VR Volumenrate mm3/s vsScangeschwindigkeit mm/s Biegewinkel (Biegeversuch) Biegewinkel (Biegeversuch) 4 Symbols and abbreviations Symbols The

41、 following symbols are used throughout this standard: Symbol Term Unit a specimen thickness (bending test) mm bpb specimen width (bend test) mm d0specimen diameter mm d1ISO metric threads mm db roller diameter (bend test) mm EVvolume energy density J/mm3Fb punch force (bend test) N Fmax maximum forc

42、e (bend test) N h head height mm hsscan line spacing mm KU, KVnotch impact energyU:U-notch, V:V-notch J L0initial gauge length (L0= 5d0) mm Lctest length (Lc L0+ d0) mm Lttotal length mm lab roller spacing (bend test) mm lp specimen length (bend test) mm lzlayer thickness mm N nominal dimension mm P

43、Llaser power W Rz average surface roughness m Sb punch path (bend test) mm T tolerance mm TT transition temperature K, C VR volume rate mm3/s vsscan speed mm/s angle of bend (bend test) angle of bend (bend test) Abkrzungen In dieser Richtlinie werden die nachfolgend aufge-fhrten Abkrzungen verwendet

44、: EDX energiedispersive Rntgenspektroskopie REM Rasterelektronenmikroskop Abbreviations The following abbreviations are used throughout this standard: EDX energy-dispersive X-ray spectroscopy SEM scanning electron microscope B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCDB7EF87D9NormCD - Stand 2013-09All rig

45、hts reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2013 VDI 3405 Blatt 2 / Part 2 5 5 Prfung des Pulverwerkstoffs Zweck Die vorgestellten Verfahren dienen der Prfung des pulverfrmigen Ausgangswerkstoffs und knnen sowohl zur Wareneingangskontrolle, als auch zur laufenden Qualittsberwachung genu

46、tzt werden. Die Prfungen mssen auf den eigenen Prozess und Fertigungsablauf abgestimmt werden. Die Randbedingungen (Prfbedingungen, Auswertekri-terien) fr die Prfungen mssen genau festgelegt, konstant gehalten und dokumentiert werden, um eine Reproduzierbarkeit zu ermglichen. Aus-schlusskriterien si

47、nd prozess- und anwendungsspe-zifisch festzulegen und werden in der Folge nur exemplarisch und aus der Erfahrung des Ausschus-ses formuliert. Grundstzlich sind bereits im Prozess verwendete, jedoch nicht aufgeschmolzene Pulverwerkstoffe zum weiteren Gebrauch geeignet. Zur Sicherstel-lung einer gleic

48、hbleibenden Qualitt sind Pulver vor jedem Bauprozess zu sieben. Eine nderung des Prozessverhaltens und der Bauteilqualitt in Abhngigkeit von verschiedenen Einflussgren auf die Pulverqualitt, kann jedoch mit zunehmen-der Nutzungsdauer nicht vollkommen ausgeschlos-sen werden. Eine berprfung der Pulver

49、qualitt in geeigneten Intervallen im laufenden Betrieb ist demnach sinnvoll. 5 Testing powdered materials Aim The methods suggested here serve to test the pow-dered starting material and can be applied both to incoming goods inspections and in-line quality control. The tests must be adapted to individual processes and production sequences. Test constraints (test conditions, assessment criteria) must be precisely