ICS25.030J團體ICS25.030J增材制造測試件增材制造系統幾何性能評估Additivemanufacturing—Testartifacts—Geometriccapabilityassessmentofadditivemanufacturingsystems（征求意見稿）FORMTEXTFORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX發布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX實施中國機械制造工藝協會發布T/CAMMTXXXX—XXXXT/CAMMTXXXX—XXXXT/CAMMT××—××××目次 I前言 II引言 I1范圍 12規范性引用文件 13術語和定義 14制備測試件的一般要求 14.1原材料 14.2工藝規范 14.3文件格式 14.4測試測試件的數量和位置 24.5成形位置和方向 24.6標記 24.7測試件陣列與合并 24.8支撐和后處理 35測量測試件的一般要求 35.1通則 35.2沉積態測試件的測量 35.3測量方案 35.4測量不確定度 36測試件幾何形狀 36.1概述 46.2精度 46.3成形分辨率 56.4表面粗糙度 136.5標記 15附錄A(資料性)測試測試件擺放示例 17附錄B(資料性)測試方法 19附錄C(資料性)測試過程 22參考文獻 26前言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。本文件由中國機械制造工藝協會提出。本文件由中國機械制造工藝協會標準化工作委員會歸口。本文件起草單位:。本文件主要起草人:。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。本文件版權歸中國機械制造工藝協會所有。未經事先書面許可，本文件的任何部分不得以任何形式或任何手段進行復制、發行、改編、翻譯、匯編或將本文件用于其他任何商業目的等。引言本文件中規定的測試方法在給定系統設置和工藝參數并結合特定的原材料下用于評估增材制造系統的性能。本文件通過測試增材制造系統可成形的最小特征尺寸、表面粗糙度和測試件的幾何尺寸精度進行幾何性能評估。標準測試件主要用于定量評估增材制造系統的幾何性能,可以在新設備安裝時直接成形并進行測量。同時，可在系統維護后或根據質量體系的要求，用于定期評估某一增材制造系統的性能或診斷故障。本文件規定的標準測試件可用于買方和賣方之間評估增材制造零件或增材制造系統的能力。本文件規定的測試數據可以用來衡量新的工藝參數或材料對增材制造系統性能的影響。本文件描述了一組測試幾何圖形，每個測試幾何圖形都被設計用于研究一個或多個特定的性能指標，以及將這些幾何圖形配置到測試件中的幾個示例。它規定了要測量的測試幾何圖形的數量和質量，但沒有規定具體的測量方法。不同的用戶應用程序可能需要不同等級的性能。特定的測試幾何圖形可能在每個增材制造系統都需要成形，以幫助建立性能追溯。并不是所有的標準測試件都需要成形，可根據最終用戶的需求，單獨成形單一的標準測試件。本文件討論了特征配置的示例，以及測量不確定度要求，以演示低和高等級的檢查和性能。增材制造測試件增材制造系統幾何性能評估范圍本文件規定了增材制造測試件制備、測量和幾何圖形的一般要求。本文件適用于利用測試件進行增材制造系統校準和成形能力評估。規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T35022增材制造主要特性和測試方法零件和粉末原材料GB/T35351增材制造術語GB/T39329—2020增材制造測試方法標準測試件精度檢驗GB/T41507增材制造術語坐標系和測試方法術語和定義GB/T35351界定的術語和定義適用于本文件。制備測試件的一般要求原材料為確保檢測結果的可重復性，制作測試件的原材料需符合用戶確定的材料規范。對于原材料是粉末形態的，材料規范應包括化學成分、粉末流動性、粒形、粒度及粒度分布等要求。雖然材料規范不會規定詳細的內容，但供應商應按照規定的要求記錄并報告。對于原材料為粉末的增材制造工藝，材料規范應明確原始粉末再利用的要求，包括原始粉末/使用過粉末的混合百分比、混合方法等。工藝規范測試件加工前，供需雙方應確定滿足要求的工藝規范。加工時記錄用戶可定義的零件成形的工藝條件，如層厚、成形策略（例如：掃描路徑和/或掃描參數）、溫度等。一個成形過程中所有測試件的工藝應相同。不同批次測試件的成形參數可能有所不同，因此成形之前供應商和用戶應就工藝規范中的參數達成一致。文件格式準備增材制造工藝規范應包括所使用文件的格式和文件轉換步驟，文件為包含切片參數的數字文件。在創建和轉換數據文件時應避免模型的失真，否則會影響測試件的測試結果，因此，工藝規范應規定所使用文件的格式、切片參數及數據文件的準備步驟。文件轉換要求為確保測試件能夠準確反映增材制造系統的成形能力，CAD模型轉換為AMF、STL或其他任何中間文件格式時，選擇的文件轉換公差應確保數據與CAD模型的最大偏差小于增材制造系統預期精度的1/4，并且基于良好的測量條件，理想情況下小于所評估增材制造系統預期精度的1/10。目前，大多數增材制造設備無法生產精度優于10μm的零件，因此CAD模型保存為STL/AMF格式時，應確保至少2.5μm或更高精度。這只是一般性指導，應針對具體的增材制造系統進行確認。建議用戶檢查最大偏差，并記錄使用的轉換參數以及任何最大偏差，如弦高和角度公差。文件在轉換期間或轉換之后不宜放大或縮小，可使用設備的校正因子(例如偏置、軸縮放等)修正模型，并將其記錄為工藝過程的一部分。測試測試件的數量和位置測試件總數量不少于5件，確保測試規范要求的足夠的樣本進行具有統計顯著性的測量。測試件覆蓋的成形區域對成形平臺要有足夠的區域覆蓋率以檢測不同成形位置之間的性能差異。采用較大區域覆蓋率的方案能評估整個增材制造系統的一致性。這是所有測試的最優方案，并對具有“最佳位置”的工藝尤為重要(例如，某些振鏡控制的激光系統在成形平臺的中心位置可重復性更好)。建議測試件的擺放區域至少占設備成形平臺的80%。如果位置效應與用戶要求的特定試驗無關，則可根據供應商和用戶之間的協議選擇單個成形位置。如果測試件較少，區域覆蓋率低，宜對增材制造系統性能進行抽查。如有特殊要求，測試件的數量由供應商和用戶協商確定。成形位置和方向測試件旨在表明增材制造系統幾何成形能力的優缺點，因此會有的幾何特征在成形中失敗，在成形時應將可能會失敗的幾何特征置于最小風險的位置，因為成形失敗的成形層會導致其余部分的失效。例如，在粉末床熔融工藝中，建議將可能失敗的特征定位在整體成形的最小風險的位置，以降低失效的部件阻礙到其他部件的風險。按照GB/T41507的規定，測試報告應包含測試件的成形位置和方向。標記將標記符號添加到測試件上以識別測試件的成形方向和零件位置，見6.4。測試件陣列與合并測試件的幾何圖形不應縮放（這將影響到測試結果），但是可以陣列以獲得更大的覆蓋區域，其中線性測試件推薦采用陣列的方式。當需要陣列測試件以獲得更好的覆蓋范圍時，可以合并多個測試件，這可在切片和其他文件準備之前合并相鄰的AMF或STL文件來實現。增材制造是沿Z軸逐層成形，在X-Y方向上是基于像素的打印，因此成形過程中零件位置能夠影響測試結果，通過測試件反饋設備精度尤其如此。在準備切片文件和將切片文件導入到設備的過程中，文件轉換中數據的四舍五入會影響特定圖層或像素的成形。因此根據GB/TXXXXX《增材制造術語坐標系和測試方法》中的要求，應將測試件的成形方向與檢測結果結合起來報告。在某些增材制造工藝(特別是金屬增材制造)中，測試件附近大量的熱量可能會影響測試件的幾何精度，建議用戶制作測試件時確保足夠的間距。對于長測試件，應進行非線性檢測和周期性校正。支撐和后處理成形過程中應避免使用或者僅使用不影響測量結果的支撐結構。如使用支撐，應記錄支撐方案包括但不限于材料、幾何尺寸、去除方法。在不影響準確反映增材制造系統的幾何成形能力情況下，可進行適當的表面處理或后處理，否則不宜進行任何的表面處理或后處理。測量之前所進行的不可避免的后處理(如去除支撐)，應將過程的細節作為報告的一部分。報告應包括對研磨介質的描述以及研磨方法。同時，將后處理(例如金屬零件的噴砂)之前和之后的測試件分別測量并一起記錄。測量測試件的一般要求通則本章給出了測量測試件的指導原則，具體測量要求見第6章。本文件沒有規定任何具體的測量方法，可以通過各種測量技術和測量設備來完成。例如三坐標測量機、光學掃描儀、千分表、表面輪廓儀等。GB/T35022推薦了一些測量方法，測量方法應在報告中體現，詳細信息見附錄A和附錄B。沉積態測試件的測量在進行任何的后處理之前，應將測試件冷卻至室溫，然后從增材制造系統中移出直接測量。用戶可能要求在測量之前將測試件保持在一定的溫度和濕度范圍內。如果測試件是粉末床熔融工藝制造的，在測量之前應將殘余粉末清理干凈。如果測試件成形在成形平臺上，可在平臺上直接測量，若無法在成形平臺上測量，必須移出時，應在報告中說明。如果需要后處理，記錄每個后處理的細節，并將后處理之前和之后的測試件分別測量并一起記錄。測量方案對于尺寸測量和表面粗糙度測量，測量方案會影響整體測量不確定度，包括測量設備、測量特征或表面測量點的數量和分布。對于粗糙度測量，測量方案包括測量參數(例如，取樣長度)。測量方案依據零件部分或特征是非常明確的，其影響因素較多。因此，并沒有所謂通用的最優測量方案。雖然如此，附錄A和B仍然推薦了一些測量方案。在選擇具體測量方案時，測量不確定度是選擇測量設備的重要依據，根據實際情況選擇最小測量不確定度的測量方案。看似較平的表面可能非常不均勻或粗糙，則需要增加測量點以獲得平均結果。測量不確定度每項測量的標準不確定度應與測量結果一起報告。用戶應記錄測量過程和使用設備的任何校準和質量保證體系，應在測試報告中明確測量設備的精度。測試件幾何形狀概述下文描述了七種類型的測試件，每種測試件旨在測試增材制造系統不同的性能或能力。精度線性精度測試件目的測試系統沿特定方向的線性定位精度。根據測試件成形方向和設備配置，測試件的線性誤差可作為診斷系統運動誤差或定位補償的依據。圖1為X,Y方向線性精度測試件的工程圖。測試件由矩形實心基座和頂上的矩形凸起構成。測試件特征的包圍盒為55mm×5mm×8mm，端部凸起為2.5mm×5mm×5mm，中心凸起為5mm×5mm×5mm。凸起的間距沿工件長度從5mm增加到7.5mm、10mm和12.5mm。單位：毫米圖1X,Y方向線性精度測試件如需要更長的線性精度測試件，可將多個線性精度測試件首尾相接合并。當合并兩個或多個線性精度測試件時，端部凸起的2.5mm疊加形成了中心凸起全部為5mm立方塊，如圖2所示。圖2兩個線性精度測試件合并對于某些工藝需要較短的線性精度測試件，將圖1測試件模型整體按1:2縮小制作；對于某些工藝需要較長的線性精度測試件，將圖1測試件模型整體按2:1放大制作。測量線性精度測試件主要測量立方體表面相對于測試件末端主基準面的位置（見圖1）或者測量每個凸起的長度和每個凸起之間的間距.可選測量項目是基座沿測試樣長度的直線度、基座每一測沿測試樣長度的平行度和每個凸起的高度。線性精度測試件測量項目見表1。表1線性測試件測量項目表測量項目可選擇的測量項目X,Y方向：立方體表面相對于測試件末端基準面的位置或者測量每個凸起的長度和每個凸起之間的間距Z方向：測試件的高度沿測試件長度的基座的直線度、基座每一側沿著測試件長度的平行度和每個凸起的高度注意事項X,Y,Z方向線性精度測試件應至少包括一個與設備坐標系中每個軸(X，Y，Z)平行的測試測試件，使用正交計數法按照ISO/ASTM52921記錄方向。另一種方法可能是將一個線性精度測試件與設備的一個運動軸對齊(例如沿龍門系統的X軸滑動)，可以更好地將測試件的誤差與定位系統中的誤差運動聯系起來。成形方向應避免造成刮刀運動碰撞或損壞測試件。需要通過設備的定位能力來測試設備線性精度，用戶可考慮將線性測試件定位在成形平臺的中間以及行程末端附近。垂直擺放的線性精度測試件應盡可能避免使用支撐結構。如果支撐結構是必須的（例如在凸起部分的下面），支撐策略（包括幾何形狀、材料和去支撐方法）應被完整記錄。應慎重選擇支撐策略以盡量減小對測量過程/精度的影響鼓形測試件測試增材制造三維綜合成形精度和動態成形精度，通常在設備的各子系統完成調試檢驗和工藝參數確定后進行測試。測試方法按GB/T39329—2020中第7章的要求進行。成形分辨率圓柱形測試件目的本文件提供了一套不同長徑比的圓柱形測試件以評估增材制造系統制作不同長徑比圓柱形的成形能力，反映系統可以成形微小特征的能力。這些特征測試件代表了測試件能夠存在的特征。圓柱形測試件的直徑測量提供了關于系統精度的一些信息。幾何形狀一些增材制造工藝具有優異的微小特征的成形能力，所選擇的測試件應具有適宜的尺寸。該標準提供了一系列測試件，3組5個圓柱特征的測試件，其具有4種不同的長徑比。圓柱形測試件可分為粗、中、細三類。粗圓柱的直徑從4mm～0.5mm(4.0mm、3.0mm、2.0mm、1.0mm和0.5mm)，中圓柱的直徑～0.5mm到0.1mm(0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm和0.1mm)，細圓柱的直徑從0.2mm～0.025mm(0.2mm、0.15mm,、0.1mm,、0.05mm和0.025mm)。長徑比系列為4:1，6:1，8:1和10:1。例如圖1為長徑比為6:1的圓柱形測試件。單位：毫米圖1圓柱形測試件圓柱測試件基本尺寸按照下表尺寸：表2圓柱形測試件基本尺寸單位：毫米類別基座圓柱尺寸（直徑×高度）圓柱中心距長寬高細2533φ0.2×0.8、φ0.15×0.6、φ0.1×0.4、φ0.05×0.2、φ0.025×0.15φ0.2×1.2、φ0.15×0.9、φ0.1×0.6、φ0.05×0.3、φ0.025×0.15φ0.2×1.6、φ0.15×1.2、φ0.1×0.8、φ0.05×0.4、φ0.025×0.2φ0.2×2、φ0.15×1.5、φ0.1×1、φ0.05×0.5、φ0.025×0.25中2533φ0.5×2、φ0.4×1.6、φ0.3×1.2、φ0.2×0.8、φ0.1×0.45φ0.5×3、φ0.4×2.4、φ0.3×1.8、φ0.2×1.2、φ0.1×0.6φ0.5×4、φ0.4×3.2、φ0.3×2.4、φ0.2×1.6、φ0.1×0.8φ0.5×5、φ0.4×4、φ0.3×3、φ0.2×2、φ0.1×1粗3563φ4.0×16、φ3.0×12、φ2.0×8、φ1.0×4、φ0.5×27φ4.0×24、φ3.0×18、φ2.0×12、φ1.0×6、φ0.5×3φ4.0×32、φ3.0×24、φ2.0×16、φ1.0×8、φ0.5×4φ4.0×40、φ3.0×30、φ2.0×20、φ1.0×10、φ0.5×5特征尺寸的確定不需要成形所有規格的測試件。用戶成形前宜對增材制造系統的成形能力進行預估，并選擇一個包含預估成形分辨率的特征集。不是所有長徑比的圓柱形都要成形，用戶可在長徑比系列中選擇1個或多個比值，最大限度體現設備成形能力即可。注意，在某些增材制造系統中（如金屬粉末床熔融系統），可以成形最小直徑的圓柱形在不同長徑比下的規格不同。如果系統成形的預估成形分辨率大于最大分辨率特征集，可使用其他測試件來預估可達到的最小特征。可以成形的直徑最小的圓柱形取決于成形方向，特別是各向異性工藝(例如某些增材制造工藝可能在XY方向比Z方向有更好的成形分辨率)。因此，測試件在成形的過程中應以不同的方向成形，例如平行于設備Z軸方向和X軸方向。建議用戶根據增材制造系統的特點選擇特定的成形方向。如果特征集選擇得當，成形特征集中的部分測試件成形完好，而其他測試件成形失敗。應當考慮測試件在成形空間體積內成形時可能失效的風險，以避免對其余特征成形產生不利影響。測量圓柱形主要測量直徑，可選測量項目是圓柱形的高度、圓柱度和圓跳動，測量方法參見附錄B。注意事項如果特征不容易測量，應記錄部分圓柱形測試件可能成形失敗，部分圓柱形變形或部分成形。檢測結果反映系統成形分辨率的相關信息。如果所有的圓柱形都成形完好，但有幾個圓柱形的直徑相同，應注意直徑相同的圓柱形與設計尺寸是否一致。在使用手動測量設備時，可以僅在一個方向上測量圓柱形直徑。用戶可以考慮兩個不同的方向上制作Z方向圓柱形：平行于設備Z方向，基座與設備X方向(ZX)對齊和平行于設備Z方向，基座與設備Y方向(ZY)對齊。圓孔測試件目的本文件提供了一套不同長徑比的圓孔測試件用于評估增材制造系統制作不同長徑比圓孔的成形能力。圓孔的直徑測量提供了系統成形微小圓孔特征的一些信息。圓孔測試件除了評估圓孔的成形能力之外，還提供了從圓孔中去除未固化材料和支撐材料的能力。幾何尺寸一些增材制造工藝具有優異的微小特征的能力，所選擇的測試件應具有適宜的尺寸。該標準提供一系列測試件，3組5個孔特征的測試件，可分為大、中、小三類孔。大孔的直徑從4.0mm～0.5mm(4.0mm、3.0mm、2.0mm、1.0mm和0.5mm)，中孔的直徑從0.5mm～0.1mm(0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm和0.1mm)，小孔的直徑從0.2mm～0.025mm(0.2mm、0.15mm、0.1mm、0.05mm和0.025mm)。零件高度為2.5mm，孔為通孔。單位：毫米圖2圓孔測試件圓孔測試件基本尺寸請按照下表尺寸：表2圓孔測試件基本尺寸表單位：毫米類別零件圓孔直徑孔中心距長寬高大25.03.02.5φ0.2、φ0.15、φ0.1、φ0.05、φ0.0255.0中25.03.02.5φ0.5、φ0.4、φ0.3、φ0.2、φ0.15.0小28.010.02.5φ4.0、φ3.0、φ2.0、φ1.0、φ0.56.0特征尺寸的確定不需要成形所有規格的測試件。用戶成形前宜對增材制造系統的成形能力進行預估，并選擇一個包含預估分辨率的特征集。如果用戶需要成形的是盲孔而不是通孔，可以修改數據文件使測試件下方為實心零件。對于粉末床熔融工藝，并考慮從盲孔中去除殘余粉末。可以成形的直徑最小的圓孔取決于成形方向，特別是測試工藝的各向異性。因此，測試件宜在增材制造過程中以不同的方向成形，例如孔平行于設備Z軸方向或X軸或非正交方向，用戶應考慮階梯效應和層厚對圓孔成形的影響。如果特征集選擇得當，成形特征中的部分孔成形完好，而其他孔成形失敗。成形失敗的孔可能在表面成形良好，但在表面下方是成形失敗，可通過針規或無損檢測技術檢查表面下方的成形質量。測量圓孔主要測量孔徑，孔徑用手動測量設備(例如針規)或光學顯微鏡測量。孔的可選測量項目包括孔的深度、圓度和圓柱度，測量方法參見附錄B。注意事項如果特征不容易測量，用戶應記錄部分孔可能成形失敗，部分孔出現變形。檢測結果反映系統圓孔成形分辨率的一些信息。如果所有的孔都成形良好，但有幾個孔的直徑相同，則宜注意直徑相同的圓孔與設計尺寸是否一致。孔可以用針規檢查評估(即通規可以通過，而止規不能通過)。如果選擇這種測量方法，建議按照附錄C中的方法測量。該方法的優點是可以檢查孔內是否有多余材料及孔的深度。缺點是只能給出一個直徑范圍(在通和止直徑之間)，不能測量孔徑和不確定度。此外，成形的孔可能不是圓孔，因此這種測量方法只能給出最大內接直徑。如果成形的孔不是通孔，用戶應盡可能測量并報告孔的深度。主要特征應符合常見的公制量規尺寸。增材制造系統可成形的最小孔可能小于常用的最小規格)。筋板測試件目的本文件提供了一套筋板測試件用于評估增材制造系統薄壁特征的成形能力。可成形的最薄的筋板反映設備可成形的最小壁厚，特別是薄壁結構。筋板測試件的厚度測量反映了系統成形薄壁精度和成形分辨率的一些信息。幾何形狀一些增材制造工藝具有優異的微小特征的成形能力，所選擇的測試件應具有適宜的尺寸評估增材制造系統。該標準提供了大、中、小3類測試件，每類有6個測試件。大測試件的筋板從6.0mm～1.0mm(6.0mm、5.0mm、4.0mm、3.0mm、2.0mm和1.0mm)，中測試件的筋板從1.0mm～0.1mm(1.0mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.2mm和0.1mm)，小測試件的筋板從0.1mm～0.01mm(0.1mm、0.08mm、0.06mm、0.04mm，0.02mm和0.01mm)。測試件的高度可為10.0mm或20.0mm。每個測試件由較大的支柱沿垂直表面的一側支撐(見圖3或圖4)。該支柱能幫助識別筋板特征的位置能否成形良好，并有助于防止刮刀在運動的過程對筋板特征的損壞。大測試件（厚度大于1.0mm）的支柱具有不同的幾何形狀(見圖5)，在與基座平行的平面中的幾何形狀是由三個連接的半徑和弧形組成，用戶可以使用此特征測量測試件與模型的偏差，評估增材制造系統滿足輪廓公差的能力。單位：毫米圖3小筋板測試件單位：毫米圖4中筋板測試件單位：毫米圖5大筋板測試件特征尺寸的確定不需要成形所有規格的測試件。用戶成形前宜對增材制造系統的成形能力進行預估，并選擇一個包含預估成形分辨率的特征集。如果測試件太大無法在設備的成形空間中成形，在買賣雙方之間達成一致的情況下，可將測試件修改成在一個基座上成形更少的特征。可以成形的最小厚度的測試件取決于成形方向，特別是各向異性工藝。因此，測試件應該在增材制造成形工藝中以不同的方向成形，例如測試件的長度平行于設備X方向或Y方向。由于某些工藝對成形無支撐薄壁結構的限制，不推薦測試件的長度方向平行于設備的Z軸。應考慮測試件相對于刮刀的運動方向，因為垂直于刮刀運動方向的測試件更易彎曲或變形。如果特征集選擇得當，成形特征中的部分測試件成形完好，而其他測試件成形失敗。應當考慮測試件在成形空間體積內成形時可能失效的風險。測量筋板特征主要測量薄壁的厚度，厚度沿長度和高度的若干個位置測量，測量工具包括但不限于卡尺、千分尺、光學顯微鏡和三坐標測量儀。可選的測量項目包括每個筋板測試件的長度和高度以及筋板特征每個面的直線度(橫向和垂直)、輪廓度，測量方法參見附錄B。注意事項如果特征不容易測量，應記錄部分測試件可能成形失敗，部分測試件部分成形或損壞（注意部分成形或損壞的測試件的長度和高度）。檢測結果可反饋系統測試件成形分辨率。如果所有的測試件都成形，但有幾個測試件厚度相同，應注意厚度相同的測試件與設計尺寸是否一致。每個測試件上的方柱可用于測試數據文件與測試件的一致性。槽測試件目的本文件提供了一套槽測試件用以評估增材制造系統可成形的最小尺寸的槽或槽之間的最小間距的能力。可成形的最小的槽反映設備可成形的最小槽寬。槽的寬度測量反映了系統成形精度的一些信息。。幾何形狀一些增材制造工藝具有優異的制造微小特征的成形能力，所選擇的的測試件應有適宜的尺寸測試增材制造系統。該標準提供了大、中、小3類測試件，每類上有6個連續寬度的測試件。大槽寬度從6mm`1mm(6mm、5mm、4mm、3mm、2mm和1mm)，中槽的寬度從1mm`0.1mm(1.0mm、0.8mm、0.6mm、0.4mm、0.2mm和0.1mm)，小槽寬度從0.1mm`0.01mm(0.1mm、0.08mm、0.06mm、0.04mm、0.02mm和0.01mm)。大槽的高度為5mm，10mm或20mm，中槽和小槽的高度為5mm和10mm。槽間距是恒定的，大槽為5mm，中槽為2mm，小槽為1mm。單位：毫米圖6小槽測試件單位：毫米圖7中槽測試件槽由兩側臂及連接所有側臂的實體連接構成，實體連接的頂面平行于特征的底面。對于大槽特征（槽寬≥1mm），每個側臂頂面相對于實體連接的頂面有不同角度的傾斜（見圖8），可選角度為5°、10°、15°、20°、25°、30°，用戶可測量角度偏差，評估增材制造系統滿足角度公差的能力。單位：毫米圖8大槽測試件若某些工藝需要較小或特征較粗大的測試件，可由用戶和供應商協商測試件的幾何形狀，并遵循圖6，圖7或圖8測試件的設計原則。特征尺寸的確定不需要成形所有規格的測試件。用戶成形前宜對增材制造系統的成形能力進行預估，并選擇一個包含預估成形分辨率的特征集。如果系統可成形的預估成形分辨率大于可選的最大槽寬，可以使用其他測試件來預估可達到的最小特征(例如線性測試件上的凸起間距為2.5mm和5mm)。可以成形的最小寬度的槽取決于成形方向，特別是測試工藝的各向異性。因此，測試件應該在增材制造過程中以不同的方向成形，例如槽位于xz平面、槽的長度平行于x方向或槽位于yz平面、槽長度平行于y方向。如果選擇得當，部分槽將成形良好，而其他成形失敗。應當考慮測試件在成形空間體積內成形時可能失效的風險。測量槽測試件主要測量槽的寬度。槽的間距為2mm，在一個或多個槽成形失敗的情況下，便于用戶找到每個槽的位置。測量槽寬宜沿槽長度方向測量多個位置，測量方法包括但不限于光學顯微鏡和塞尺。測試件的可選測量項目是每個槽的長度、沿著每個槽長度方向槽的直線度以及槽兩個面的平行度，測量方法參見附錄B。注意事項如果特征不容易測量，宜記錄部分槽可能成形失敗（注意測量部分成形的槽的長度和寬度）。檢測結果反映系統可成形槽的一些信息。如果所有的槽都成形良好，但有幾個槽的寬度相同，則宜注意寬度相同的幾個槽尺寸與設計尺寸是否一致。注意測試件上槽的成形方向允許僅在一個方向上測量槽的寬度，因此用戶可以考慮兩個不同方向上成形Z方向槽：平行于設備Z方向、基座與設備X方向(ZX)對齊、和平行于設備Z方向、基座與設備Y方向(ZY)對齊。表面粗糙度目的測試件是用來測量增材制造系統成形的表面粗糙度，可使用一維（輪廓）測量和二維（面積）測量。成形過程中逐層增長的性質在測試件表面留下臺階式幾何形狀，然而，除了臺階式幾何形狀外，還有其他幾個因素，如粉末粒度(對于粉末原材料)、絲材直徑（對于材料擠出成形）、重力、散熱、焦斑尺寸(對于能量束)和成形工藝參數。這些因素導致測試件表面粗糙度的變化，這取決于表面相對于層的成形方向的局部傾斜度。因此，表面粗糙度測試件包括具有不同局部傾斜度的多個表面。幾何形狀圖14為表面粗糙度測試件的幾何形狀，是由與連接梁連接的扁平片組成，多個表面允許測量不同斜率的表面粗糙度。相對于成形平臺表面傾斜角分別為0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°。可以在兩側測量表面粗糙度，也可以通過分離測試件后水平放置并進行測量。連接梁有助于從成形室中移出并處理測試件。扁平片是可以單獨成形的，成形時可能需要支撐。每個扁平片上都標識斜率，以便在彼此分離后進行識別。小粗糙度測試件的扁平片尺寸為6mm×15mm×0.4mm，中等粗糙度測試件的扁平片尺寸為12mm×30mm×3mm，大粗糙度測試件的扁平片尺寸為24mm×60mm×6mm，這對于5mm×8mm的面積測量或12.5mm的輪廓測量已經足夠。單位：毫米說明：1——每個平片為3mm×12mm×30mm；2——連接梁；a——扁平片。圖9表面粗糙度測試件特征尺寸的確定建議成形所有角度的測試件，根據用戶與供應商之間的協議，可以選擇成形更少規格的測試件。測量主要測量項目為表面粗糙度，可選的測量項目為角度。表面粗糙度可以通過接觸式或光學方法進行輪廓或區域測量。測量時除了記錄表面粗糙度，還應記錄測量方法和測量參數。基于輪廓法的測量參數詳見GB/T3505，基于區域法的測量參數詳見GB/T33523。如果選擇輪廓測量，則測量的方向應垂直于增材制造成形層的方向，即沿著每個樣品的長度方向。測量方向無需記錄。輪廓測量應在每個表面不同的位置重復多次測量(至少3次)，見圖10。水平測試件的頂面可能具有增材制造過程中掃描策略引起的表面紋理效應。因此，頂面測量可以根據工藝參數設置和成形室的位置給出不同的結果。說明：1——建議輪廓測量位置；2——待測扁平片表面；3——建議面積測量位置。圖10輪廓測量和區域測量的建議位置可能的情況下，每個測試件的兩個表面(上表面和下表面)應分別測量和報告，測量方法參見附錄B。報告表3為粗糙度測量應測量和記錄的參數。輪廓測量的記錄輪廓長度，面積測量的記錄測量面積。建議值見GB/T3505、GB/T10610、GB/T33523。表3建議的測量參數名稱符號(輪廓測量)符號(面積測量)表面平均粗糙度(算術平均差)RaSa表面平均峰谷高度RzSz表面高度分布的偏度(不對稱度)RskSsk表面高度分布的峰度RkuSku注意事項成形方向測試件宜平放，即0°扁平片與成形平臺平行（見圖10）。如果單獨成形扁平片，則宜與標記的角度保持一致，短邊平行于成形平臺。宜避免邊緣平行于刮刀或涂覆刀片的取向。重復性由于測試件的表面粗糙度隨測試件在成形室中的位置和相對于設備坐標系的取向而變化，因此，如果需要與其他結果進行比較，還宜記錄測試件在成形室中的位置和方向。支撐對于成形與測試件相同材料的支撐結構的增材制造工藝，應盡可能減少支撐的使用使更多的不同斜率的表面被測量，特別是測試件的下表面。支撐不可避免的情況下，應調整支撐間距，以便測量工具進入待測表面。此外，對于一些增材制造工藝，調整掃描參數可成形更容易移除的支撐，最小化標記和損壞被測表面的風險，用戶可查閱設備說明書獲取更多的信息。刮刀當使用裝有刮刀系統的增材設備時，應注意測試件的成形方向，避免測試件與刮刀之間的碰撞導致測試件成形失敗。標記目的用戶可以根據測試件的方向和位置自主選擇是否制作標記。只要標記的位置不影響測量，標記制作在基板或測試件上都可以。幾何形狀標記和測試件一起成形，用于指示設備X和Y成形方向，連接梁便于將標記從測試件上分離，如圖11所示。注意事項制作標記時，建議使用非對稱結構特征/形狀，用以描述測試件位置，以防誤解，圖12為帶有標記的測試件。單位：毫米說明：1——連接梁。圖11XY標記單位：毫米圖12不同成形角度的XY標記a）0°，90°；b）45°

(資料性)

測試測試件擺放示例鼓勵用戶按照本文件正文中描述的測試件制作，其位置和方向都能滿足其特定要求，本附錄提供了幾個測試測試件的擺放示例，用戶可以采取自愿原則。本文件正文討論的要求和可選測量都適用于單個測試件，然而單個測試件沒有考慮測試件相對位置和方向對測量的影響。下面幾種配置考慮了測試件相對位置和方向以進行增材制造系統幾何成形能力測量。快速檢查X/Y平面特性：此配置旨在檢查X/Y平面中系統的幾何成形能力，特別是成形平臺的中心。此外，該配置旨在快速構建并需要少量的原材料。注意這個配置測試測試件少，成形高度低，并不是系統性能的全面表征。鼓形測試件和線性測試件是關于成形平臺中心對稱，這種擺放有助于突出掃描源（安裝于成形中心上方）引起的系統偏差。圖A.1在X/Y平面測試測試件擺放圖A.2在X/Y平面測試測試件擺放模型附錄B

(資料性)

測試方法B.1概述雖然該標準沒有規定具體的測量方法，但是一些常用的測量方法有助于每種制件的測量，這些測量方法及其相關設備在測量難度、不確定度和成本上有所不同，因此，將這些測量方法分為三類，A級為常見的簡單廉價的測量，AA級稍微困難，AAA級測量昂貴且具有最低的測量不確定度，用于實驗室級測量。對于每種制件的集中測量方法總結在下表中，其中許多是可選測量。在選擇合適的測量方法時，應考慮測量值與名義值的預計偏差。具體而言，許多用戶可能要求測量不確定度至少比測量值好4倍(盡管有時為10倍)，例如，如果圓形制件的內環圓度預計偏差為0.5mm或更好，則選擇的測量方法應能達到不大于0.125mm的圓度測量不確定度(盡管優選0.05mm)。這就是所謂的測量值不確定度比率。表B.1建議測量設備和測試制件的主要特征被測量對象輸出測量設備測量等級線性精度測試件位置各面坐標三坐標AAA各面坐標三維掃描A~AA突出厚度手持式千分尺或卡尺A突出間距手持式卡尺A平直度制件長度方向三坐標AAA制件長度方向三維掃描A~AA制件長度方向帶校準定位的百分表AA制件長度方向帶直尺的百分表A圓柱形測試件圓柱直徑最小外接圓三坐標AAA最小外接圓校準的顯微測量裝置AA~AAA最大內接圓三維掃描儀A~AA兩點直徑手持式千分尺或卡尺A圓柱高度N/A三坐標AAA深度尺或手持式卡尺AA~AAA圓度校準的顯微測量裝置AA~AAA三坐標AAA圓柱度三坐標AAA三維掃描儀A~AA圓孔測試件直徑最大內接圓校準的顯微測量裝置AA~AAA最佳擬合圓校準的顯微測量裝置AA~AAA最大內接圓極限量規A孔深帶有深度尺的極限量規A圓度校準的顯微測量裝置AA~AAA筋板測試件筋板度三坐標AAA手持式卡尺或千分尺A直線度制件的形式三坐標AAA制件的形式三維掃描儀A~AA制件的形式帶校準定位臺的百分表AA制件的形式帶直尺的百分表A槽測試件槽寬面間距塞規A面間距三坐標（僅限槽寬≥1mm）AAA面間距手持式卡尺或顯微鏡（僅限槽寬≥1mm）A平面度與最佳擬合圓的偏離三坐標（僅限槽寬≥1mm）AAA平行度三坐標（僅限槽寬≥1mm）AAA表面粗糙度平均表面粗糙度Ra接觸式輪廓儀AA~AAASa光學輪廓儀AA~AAA偏斜Rsk接觸式輪廓儀AA~AAASsk光學輪廓儀AA~AAA峰值Rku接觸式輪廓儀AA~AAASku光學輪廓儀AA~AAA角度相對角度三坐標AAAB.2尺寸測量的建議通常多次重復測量并取這些測量的平均值能降低測量不確定度，建議每個被測量位置至少重復測量3次。測量時應對測量的測試件施加最小的力，特別是對于小的易碎的測試件。用戶宜在可能影響結果的標稱平面上尋找非平坦或翻邊進行測量。對于高粗糙度的表面，因為理論上測頭捕捉到的表面波峰要比表面波谷多，所以測量尺寸要大于實際尺寸。對于坐標測量：——選取多點測量；——建議至少80%的表面需要被測量坐標范圍所覆蓋——表面的隨機分層覆蓋通常會比表面的均勻覆蓋具有更低的測量不確定度。對于光學顯微鏡測量：——邊緣檢測在偏差和精度方面起著重要的作用，應仔細分析所采用的邊緣檢測方法及其對測量不確定度的影響。照明影響圖像質量從而影響邊緣檢測。使用現有設備實現均勻照明(同時避免飽和)的可重復過程有助于降低測量不確定度。附錄C

(資料性)

測試過程C.1線性測試件注意本附錄描述的測量過程不一定優于其他測量過程。例如，當測量線性測試件凸起的表面位置時，使用三坐標比使用刻度盤卡尺或數字卡尺測量不確定度更低，然而如何操作三坐標以對表面位置進行最佳測量的完整描述超出了本附錄的范圍。相反，使用刻度卡尺或數字卡尺的簡單性允許對測量程序更完整的討論。此外，使用的簡單性往往導致用戶對精確測量關注較少，這在隨后的過程中進行加強。C.2.1測量設備數字千分尺或數字卡尺的最大允許誤差小于等于0.02mm，千分尺比卡尺具有更大的接觸面積，比數顯卡尺的結果更準確，例如，卡尺卡爪平行于成形方向放置，并與成形層之間接觸，會給出比較不準確的結果。C.2.2測量步驟每個距離應在立方體的不同高度上測量3次：——第1次在底面測量；——第2次在立方體的中部測量；——第3次在立方體的頂部測量。C.2.3測量注意事項幾何特征的棱邊會影響測量精度，如圖C.1棱邊所示。在整個測量過程