DIN 35224-2016 Welding for aerospace applications - Acceptance inspection of powder bed based laser beam machines for additive manufacturing《航空航天应用使用的焊接 添加剂制造使用基于粉床的激光束机器的验收检验》.pdf

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1、September 2016DEUTSCHE NORM Preisgruppe 8DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 25.160.30; 49.020!%X2“2535615www.din.deDIN 35224Schweien im Luft- und Raumfahrzeugb

2、au Abnahmeprfung von pulverbettbasierten Laserstrahlmaschinen zur additiven FertigungWelding for aerospace applications Acceptance inspection of powder bed based laser beam machines for additive manufacturingSoudage pour applications arospatiales Essais de rception des machines de fabrication additi

3、ve par faisceau laser sur lit de poudreAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 11 SeitenDDIN-Normenausschuss Schweien und verwandte Verfahren (NAS)DIN-Normenausschuss Luft- und Raumfahrt (NL)DIN 35224:2016-09 2 Inhalt Seite Vorwort 3 1 Anwendungsbereic

4、h . 4 2 Normative Verweisungen . 4 3 Begriffe 4 4 Umwelt- und Betriebsbedingungen bei den Abnahmeprfungen . 4 5 Abnahmeprfung . 4 5.1 Allgemeines . 4 5.2 Maschinendokumentation . 5 5.3 Sicherheitssysteme . 5 5.4 Prfung des optischen Systems und des Laserstrahls . 5 5.4.1 Prfung der Laserleistung 5 5

5、.4.2 Prfung der Laserleistungsstabilitt 6 5.4.3 Prfung der Laserstrahlgeometrie . 6 5.4.4 Prfung der Fokuslage . 6 5.4.5 Prfung der Laserstrahlposition . 6 5.4.6 Zustzliche Anforderungen fr Anlagen mit mehreren Strahlquellen 6 5.4.7 Bahngenauigkeit 6 5.4.8 Scangeschwindigkeit 7 5.5 Prfung der mechan

6、ischen Funktionen 7 5.5.1 Allgemeines . 7 5.5.2 Bauplattform . 7 5.5.3 Dosiertisch . 7 5.5.4 Recoater-Bewegung 8 5.6 Reinheit der Schutzgasatmosphre im Bauraum 8 5.7 Demonstrationsbauteile . 8 6 Prfbericht . 9 Anhang A (informativ) Prfbericht . 10 Literaturhinweise . 11 DIN 35224:2016-09 3 Vorwort D

7、iese Norm wurde vom Arbeitskreis NA 092-00-17-01 AK Additive Fertigung in der Luft- und Raumfahrt“ im DIN-Normenausschuss Schweien und verwandte Verfahren (NAS) mit Beteiligung des Arbeitsaus-schusses NA 131-02-06 AA Additive Fertigungsverfahren in der Luft- und Raumfahrt“ im DIN-Normenaus-schuss Lu

8、ft- und Raumfahrt (NL) erarbeitet. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. DIN und/oder die DKE sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patent-rechte zu identifizieren. DIN 35224:2016-09 4 1 Anwendungsbereich D

9、iese Norm legt Anforderungen und Prfverfahren fr die Abnahmeprfung von pulverbettbasierten Laser-strahlmaschinen zur additiven Fertigung in der Luft- und Raumfahrt fest. Diese Norm kann auch fr die Verifizierung der Maschineneigenschaften bei periodischen berprfungen oder nach Wartungs- und Reparatu

10、rmanahmen angewendet werden. 2 Normative Verweisungen Die folgenden Dokumente, die in diesem Dokument teilweise oder als Ganzes zitiert werden, sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt d

11、ie letzte Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (ein-schlielich aller nderungen). DIN EN ISO 11554, Optik und Photonik Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr Leistung, Energie und Kenngren des Zeitverhaltens von Laserstrahlen DIN EN ISO 22827-2, Abnahmeprfungen fr Nd:YAG-Laserstrahlschweimaschin

12、en Maschinen mit Versor-gung durch Lichtleitfaser Teil 2: Mechanische Bewegungseinrichtung 3 Begriffe Fr die Anwendung dieses Dokuments gilt der folgende Begriff. 3.1 Scangeschwindigkeit relative lineare Geschwindigkeit der Laserstrahlbewegung in der Ebene der Bauplattform (Arbeitsebene) 4 Umwelt- u

13、nd Betriebsbedingungen bei den Abnahmeprfungen Die whrend der Abnahme herrschenden Umwelt- und Betriebsbedingungen mssen die vom Maschinen-hersteller spezifizierten Rahmenbedingungen erfllen und sollten den Bedingungen whrend der Fertigung entsprechen, wie z. B. a) Temperatur; b) Luftfeuchte; c) Ver

14、sorgung mit Medien (z. B. Energie, Druckluft, Schutzgas, Wasser); d) Erschtterungen/Schwingungen; e) Arbeitssicherheit. Insbesondere sind die Arbeitsschutzmanahmen bei Laserstrahlung und die Arbeitsschutzmanahmen zum Brand und Explosionsschutz zu beachten. 5 Abnahmeprfung 5.1 Allgemeines Die Abnahme

15、prfung von pulverbettbasierten Laserstrahlmaschinen zur additiven Fertigung muss mindes-tens die in 4.2 bis 4.5 festgelegten Prfungen enthalten. DIN 35224:2016-09 5 Eine erneute Abnahme ist erforderlich, wenn die pulverbettbasierte Laserstrahlmaschine zur additiven Fer-tigung umgebaut wird oder wenn

16、 sich die Betriebsbedingungen wesentlich verndern (z. B. Auswechslung wesentlicher Maschinenteile, Ortsvernderung der Maschine). ANMERKUNG Zu den wesentlichen Maschinenteilen zhlen insbesondere: Laserquelle; Prozessgaskreislauf; Bestandteile des optischen Systems; Bestandteile der Bewegungsachsen. 5

17、.2 Maschinendokumentation Fr die Abnahmeprfung muss eine vollstndige Dokumentation der Maschine zur Verfgung stehen. Hierzu gehren z. B.: a) Umwelt- und Betriebsbedingungen; b) Anforderungen an die Arbeitssicherheit; c) Maschinenleistungsdaten; d) Beschreibung der Hauptkomponenten; e) Schaltplne; f)

18、 Wartungsanweisung; g) Betriebsanleitung; h) technischer Konformittsnachweis (CE-Kennzeichnung). 5.3 Sicherheitssysteme Die Funktion aller vorhandenen Sicherheitssysteme muss im Rahmen der Abnahmeprfung demonstriert oder nachgewiesen werden. 5.4 Prfung des optischen Systems und des Laserstrahls 5.4.

19、1 Prfung der Laserleistung Die Laserleistung muss gemessen werden. Die Messung sollte soweit zutreffend nach DIN EN ISO 11554 erfolgen. Die Einstellwerte der Maschine mssen mit den tatschlichen Werten verglichen werden. Die Messung muss mit einem geeigneten kalibrierten Messgert am Wirkungsort (d. h

20、. im Bauraum) durchgefhrt werden. Die Laserleistungsmessung muss den Anforderungen in der Fertigung entsprechen, indem der fr die Ferti-gung typische Leistungsbereich der Maschine abgedeckt wird. Ist dieser nicht bekannt, wird empfohlen, dass die Messung der Mindestleistung, der mittleren Leistung u

21、nd der hchsten Leistung des Lasers durchgefhrt wird. Falls erforderlich, sind Aufwrmzeiten zu bercksichtigen. DIN 35224:2016-09 6 5.4.2 Prfung der Laserleistungsstabilitt Die Laserleistungsstabilitt im ausgeglichenen Zustand muss durch 10 wiederholte Messungen innerhalb von 20 min ermittelt werden.

22、Gegebenenfalls ist eine vom Maschinenhersteller vorgegebene Aufwrmzeit zu bercksichtigen. Die grte zulssige Abweichung der Laserleistungsstabilitt betrgt null5 %, sofern keine anderen Verein-barungen getroffen wurden. Falls vertraglich vereinbart kann die Laserleistungsstabilitt nach DIN EN ISO 1155

23、4 gemessen werden. 5.4.3 Prfung der Laserstrahlgeometrie Es wird empfohlen die Laserstrahlgeometrie (Intensittsverteilung) mit geeigneten Verfahren am Wirkungs-ort (d. h. im Bauraum) zu ermitteln und zu dokumentieren. ANMERKUNG Die Prfung kann nach DIN EN ISO 11146 erfolgen. 5.4.4 Prfung der Fokusla

24、ge Die Lage des Strahlfokus muss nach einer geeigneten Methode an verschiedenen Stellen des Bauraumes er-mittelt werden. BEISPIEL Die Fokuslage kann ermittelt werden, indem auf einem Prfblech parallele Linien durch den Laser in unterschiedlichen Bauplattformhhen (Z-Achse) erzeugt werden. Die dnnste

25、Linie zeigt die Fokusposition an. Eine nderung der Fokuslage muss im ausgeglichenen Zustand durch unterschiedliche Laserleistung (Ther-mischer Drift) ermittelt werden, wobei der fr die Fertigung typische Leistungsbereich der Maschine abge-deckt werden muss. Ist dieser nicht bekannt, wird empfohlen,

26、dass die Messung bei Mindestleistung, bei mittlerer Leistung und bei hchster Leistung des Lasers durchgefhrt wird. 5.4.5 Prfung der Laserstrahlposition Die Einstellung der Laserstrahlposition (Feldkorrektur) in Bezug auf die Bauplatte muss ermittelt werden. Dies kann anhand geeigneter, durch den Las

27、erstrahl erzeugter geometrischer Muster und deren Vermessung erfolgen. Die Abweichung der Laserstrahlposition zu den Soll-Positionen darf 0,06 mm nicht berschreiten, sofern nicht anders vom Anwender spezifiziert. 5.4.6 Zustzliche Anforderungen fr Anlagen mit mehreren Strahlquellen Im Falle mehrerer

28、Strahlquelle mssen die Prfungen nach 5.4.1 bis 5.4.5 jeweils einzeln durchgefhrt werden. Zustzlich darf die Abweichung der Laserstrahlpositionen der einzelnen Strahlquellen zueinander 0,06 mm nicht berschreiten, sofern nicht anders vom Anwender spezifiziert Die Messergebnisse mssen protokoliert werd

29、en. 5.4.7 Bahngenauigkeit Zur Ermittlung der Bahngenauigkeit muss ein geometrisches Muster, z. B. nach DIN EN ISO 22827-2, auf ein Prfblech aufgebracht werden. DIN 35224:2016-09 7 Das Muster zur Ermittlung der Bahngenauigkeit sollte den gesamten Arbeitsbereich erfassen und wird mit optischen Gerten

30、ausgemessen. Dabei muss auf folgendes geachtet werden: bereinstimmung des Ein- und Aussprungpunkts bei geschlossenen oder sich ergnzenden Konturen; Bahngenauigkeit bei Richtungswechsel (Trgheit des optischen Systems); berlappbereich zwischen unterschiedlichen Belichtungsformen (z. B. Kontur und Volu

31、menbelich-tung). 5.4.8 Scangeschwindigkeit Die Scangeschwindigkeit muss gemessen werden. Als maximale Scangeschwindigkeit wird die Geschwindig-keit definiert, bei der die geforderte Bahngenauigkeit nach 5.4.7 erreicht wird. Die Messungen mssen in X- und Y-Richtung sowie in 45-Richtung dazu durchgefh

32、rt werden. Die hchste und niedrigste Scangeschwindigkeit fr die Messung kann durch den Nutzer vorgegeben wer-den. BEISPIEL Die Scangeschwindigkeit kann durch Lasergravur (Schmelzspur) auf einem Prfblech in der Ebene der Bauplattform erfasst werden. Dazu wird eine definierte Bahnlnge in einer bestimm

33、ten Zeitspanne aufgebracht. Die Bahnlnge wird nachfolgend vermessen und durch die tatschliche Lasereinschaltdauer dividiert. Die tatschliche Lasereinschaltdauer wird beispielsweise an der Lasersteuerung abgegriffen. Die grte Abweichung der gemessenen Scangeschwindigkeiten vom Sollwert darf 5 % betra

34、gen, sofern keine anderen Vereinbarungen getroffen wurden. 5.5 Prfung der mechanischen Funktionen 5.5.1 Allgemeines Die fr den Prozess relevanten mechanischen Funktionen mssen auf ihre Genauigkeit und ihre Reprodu-zierbarkeit berprft werden. 5.5.2 Bauplattform Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit

35、der Bewegung der Bauplattform muss, z. B. mit Messuhr oder Glas-messstab, ber einen definierten Bewegungsbereich ermittelt werden. Hierzu muss die Bauplattform in Stufen bewegt werden, die den Werten der angestrebten Pulverschichtdicke oder deren Vielfachen entspre-chen sollten. Der gesamte Bewegung

36、sbereich (Z-Achse) muss erfasst werden. Diese Messungen mssen sowohl bei unbelasteten Bauplattformen als auch unter Gewichtsbelastung durch-gefhrt werden. Die Gewichtsbelastung muss entsprechend dem zu verarbeitenden Material (spezifisches Gewicht) und dem Bauraumvolumen festgelegt werden. 5.5.3 Dos

37、iertisch Die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Bewegung des Dosiertisches muss, z. B. mit Messuhr oder Glas-messstab, ber einen definierten Bewegungsbereich ermittelt werden. Hierzu muss der Dosiertisch in Stufen bewegt werden, die den Werten der typischen Schrittweite oder deren Vielfachen ent

38、sprechen sollten. Der gesamte Bewegungsbereich (Z-Achse) muss erfasst werden. DIN 35224:2016-09 8 Diese Messungen mssen sowohl bei unbelastetem Dosiertisch als auch unter Gewichtsbelastung durch-gefhrt werden. Die Gewichtsbelastung muss entsprechend dem zu verarbeitenden Material (spezifisches Gewic

39、ht) und dem Vorratsvolumen festgelegt werden. 5.5.4 Recoater-Bewegung Die Funktion der Pulverzufhreinrichtung muss auf gleichmigen und strungsfreien Betrieb getestet werden. Die Prfung der Pulverzufhreinrichtung (Recoater) sollte bevorzugt unter Betriebsbedingung, d. h. mit Pulver, erfolgen. Ein gle

40、ichmiger Pulveraufzug muss gewhrleistet werden und kann falls vorhanden mit einem Mess-system gemessen werden. 5.6 Reinheit der Schutzgasatmosphre im Bauraum Mittels geeigneter Sensorik und Regelsystemen muss sichergestellt sein, dass die Reinheit der Schutzgas-atmosphre whrend des Prozesses den Anf

41、orderungen gengt. Diese Anforderungen mssen in Abhngigkeit vom Werkstoff durch das zustndige Engineering festgelegt werden. Das Ergebnis der Sensorik muss am Wirkungsort mit einem kalibrierten Prfgert verifiziert werden. Mit Hilfe von Demonstrationsbauteilen, siehe 5.7, die in verschiedenen Position

42、en des Bauraumes hergestellt werden, muss die Wirksamkeit der Schutzgasabschirmung verifiziert werden. 5.7 Demonstrationsbauteile Im Rahmen der Abnahme knnen vereinbarte Demonstrationsbauteile (Artefakte) hergestellt werden. Dabei ist beispielsweise auf folgendes zu achten: a) Oberflchenunregelmigke

43、iten, z. B. Abstze, Stufen; b) Fehlstellen; c) berschssiges (angeschmolzenes) Material; d) Anlauffarben (insbesondere bei Titan) und/oder Schmauchspuren als Hinweis auf unzureichende Schutzgasabschirmung; e) Hohlrume und Bindefehler im Schliffbild, ggf. radiographische Untersuchung; f) geometrische

44、Magenauigkeit; g) Risse. DIN 35224:2016-09 9 6 Prfbericht Die Prfergebnisse mssen vollstndig dokumentiert werden. Der Prfbericht, siehe Beispiel in Anhang A, muss mindestens folgende Angaben enthalten: a) Typ und Bezeichnung der pulverbettbasierten Laserstrahlmaschine zur additiven Fertigung; b) Ser

45、iennummer der pulverbettbasierten Laserstrahlmaschine zur additiven Fertigung; c) Umwelt- und Betriebsbedingungen; d) Geltungsbereich der Prfung (Material- und Betriebsgrenzen); e) Ergebnisse der Prfungen, siehe 5.2 bis 5.7; f) Datum der Prfung; g) Ort der Prfung; h) Namen der Personen, die die Prfu

46、ng durchgefhrt haben; i) Prfbedingungen fr die Schweiung und Prfergebnisse; j) Bemerkungen und Besonderheiten. DIN 35224:2016-09 10 Anhang A (informativ) Prfbericht Pulverbettbasierte Laserstrahlmaschine zur additiven Fertigung Maschinen-Nr.: Maschinenhersteller: Laserhersteller: Maschinenbezeichnun

47、g: Laserbezeichnung: Maschinenseriennummer: Laserseriennummer: Parameter-Kenndaten Messergebnisse (max. Abweichung) % Grenzwerte nach DIN 35224 Optisches System Prfung der Laserleistung: Prfung der Laserleistungsstabilitt: null5 % Prfung der Laserstrahlgeometrie: Prfung der Fokuslage: Prfung der Las

48、erstrahlposition: 0,06 mm Bahngenauigkeit: Scangeschwindigkeit: null5 % Plattformbewegungen Bauplattform: Dosiertisch: Recoater-Bewegung: Reinheit der Schutzgasatmosphre im Bauraum: Demonstrationsbauteil(e): nach Vereinbarung Unterschrift Datum DIN 35224:2016-09 11 Literaturhinweise DIN EN 60204-1 (

49、VDE 0113-1), Sicherheit von Maschinen Elektrische Ausrstung von Maschinen Teil 1: Allgemeine Anforderungen DIN EN 60825-1 (VDE 0837-1), Sicherheit von Lasereinrichtungen Teil 1: Klassifizierung von Anlagen und Anforderungen DIN EN ISO 11146-1, Laser und Laseranlagen Prfverfahren fr Laserstrahlabmessungen, Divergenzwinkel und Beugungsmazahlen Te