本文分析了國內(nèi)外增材制造標準化現(xiàn)狀，結(jié)合“十四五”規(guī)劃提出了增材制造標準體系建設(shè)的指導(dǎo)思想，歸納出三個(gè)實(shí)施方向：技術(shù)(shù)維度、保障維度及應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域維度，明確了中國推進(jìn)增材制造業(yè)(yè)應(yīng)強化標準研究和技術(shù)(shù)研發(fā)(fā)同步、國內(nèi)標準和國際標準同步、標準實(shí)施與產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化同步，以先進(jìn)適用的標準提升產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)鏈現(xiàn)代化水平，領(lǐng)(lǐng)航增材制造產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)高質(zhì)(zhì)量發(fā)(fā)展。

圖一：增材制造標準體系框架© 國家增材制造創(chuàng )(chuàng)新中心

 1  序言

增材制造——崛起中的智能制造方式

增材制造不僅僅是炫酷的前沿科技，更是有望革新制造業(yè)(yè)的“潛力股”。其集合了大規(guī)模生產(chǎn)(chǎn)的高效和手工生產(chǎn)(chǎn)的靈活等優(yōu)(yōu)點(diǎn)，可被引入制造業(yè)(yè)的全流程，能實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的高效率和低成本[1]。近年來(lái)，我國增材制造行業(yè)(yè)由高速增長(cháng)階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)(zhì)量發(fā)(fā)展階段，緊跟智能制造強國的主攻方向，也是新一輪科技革命和產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)變革與我國加快高質(zhì)(zhì)量發(fā)(fā)展的重要交匯點(diǎn)。制造業(yè)(yè)提質(zhì)(zhì)增效步伐不斷加快，供給和創(chuàng )(chuàng)新服務(wù)(wù)能力不斷提升，支撐標準體系也需要逐漸完善[2]。

2 國外增材制造標準現(xiàn)狀

目前全球范圍內(nèi)，已經(jīng)(jīng)出現(xiàn)了很多關(guān)(guān)于增材制造的標準，推出標準的單位有國際標準化組織、各國的國防軍工部門(mén)，航空方面有FAA/NASA、3MF/ASTM等國外先進(jìn)標準化組織。包含發(fā)(fā)布、在編及計劃編制的標準，總計200余項。已經(jīng)(jīng)發(fā)(fā)布的增材制造標準涉及通用基礎(chǔ)、設(shè)計、材料、制造工藝、產(chǎn)(chǎn)品、測試評估、安全、修理和應(yīng)用行業(yè)(yè)等多個(gè)方面[3，4]。

ASTM F42增材制造技術(shù)(shù)委員會(huì )于2009年成立，是最早成立的增材制造技術(shù)(shù)委員會(huì )的標準化協(xié)(xié)會(huì )組織。其主要目標是制定增材制造材料、產(chǎn)(chǎn)品、系統(tǒng)和服務(wù)(wù)等領(lǐng)(lǐng)域的特性和性能標準、試驗方法和程序標準，促進(jìn)增材制造的技術(shù)(shù)推廣與產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展。國際標準化組織（ISO）是國際標準化領(lǐng)(lǐng)域中一個(gè)十分重要的全球性非政府組織，ISO/TC 261于2011年創(chuàng )(chuàng)建，是ISO 針對增材制造技術(shù)(shù)成立的標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )，它的工作范圍涉及相關(guān)(guān)工藝、術(shù)(shù)語(yǔ)和定義、工藝鏈（硬件和軟件）、試驗程序、質(zhì)(zhì)量參數(shù)、供應(yīng)協(xié)(xié)議及所有的基礎(chǔ)共性技術(shù)(shù)。ISO/TC 261創(chuàng )(chuàng)建當(dāng)年就與ASTM F42簽署合作協(xié)(xié)議，共同開(kāi)展增材制造技術(shù)(shù)領(lǐng)(lǐng)域的標準化工作。2013年，ISO/TC261與ASTM F42共同發(fā)(fā)布了一份《增材制造標準制定聯(lián)(lián)合計劃》，該計劃包含了AM標準的通用結(jié)構(gòu)/層次結(jié)構(gòu)，以保證由任何一方所發(fā)(fā)起的項目都能實(shí)現(xiàn)一致性。截止到目前，ISO/TC261已與ASTM成立了26個(gè)聯(lián)(lián)合工作組，共同推進(jìn)標準制定工作，已發(fā)(fā)布及在制定標準共計61項，標準涉及了增材制造的材料與工藝、測試方法、設(shè)計、安全防護和服務(wù)(wù)等多個(gè)方面[5-8]。

ASTMASTM增材制造標準分類(lèi)© AST

美國的增材制造標準發(fā)(fā)展較快，有三方面原因，一是美國國防部提出了“增材制造路線(xiàn)圖”，二是美國制造（American Makes）根據(jù)不同的技術(shù)(shù)難題開(kāi)展了大量基礎(chǔ)技術(shù)(shù)研究；三是增材制造標準化協(xié)(xié)作組織（AMSC）由不同應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)(shù)鏈條的單位組成，由企業(yè)(yè)、政府組織（DoD、FAA、NASA等）、高校與科研機構(gòu)、標準化機構(gòu)（ASTM、SAE）等一起合作形成?？傮w上，美國增材制造是以軍事和工程化需求來(lái)牽引，通過(guò)基礎(chǔ)研究，最后制定出可以促進(jìn)產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展和應(yīng)用的依據(jù)標準[5，8-9]。

歐洲在增材制造技術(shù)(shù)及設(shè)備研究方面也一直走在世界前列，德國航空航天標準化協(xié)(xié)會(huì )（DIN）與德國工程師協(xié)(xié)會(huì )（VDI）針對增材制造技術(shù)(shù)的發(fā)(fā)展與應(yīng)用制定了相應(yīng)的標準。VDI已發(fā)(fā)布及在制定的標準達26項，涉及術(shù)(shù)語(yǔ)定義、材料鑒定、質(zhì)(zhì)量控制、設(shè)計準則、操作安全以及成形特征的統(tǒng)計與驗證等多個(gè)方面。DIN除了積極參與國際標準化組織、歐洲標準化組織的相關(guān)(guān)標準制定之外，還依據(jù)德國本身技術(shù)(shù)及應(yīng)用發(fā)(fā)展的需求，制定了激光粉末床熔融增材制造設(shè)備驗收、操作人員鑒定、粉末材料、零件檢測及成形技術(shù)(shù)規(guī)范等標準，正在制定成形制品機械性能、非燃燒壓力容器、電弧定向能量沉積和金屬材料使用指南等標準，目前已發(fā)(fā)布及在制定標準共有14項[10]。

2015年4月，微軟、惠普、Shapeways、歐特克、達索系統(tǒng)、Netfabb和SLM Solutions7家公司建立了3MF聯(lián)(lián)盟，并著(zhù)手推廣可用于整個(gè)增材制造設(shè)計流程的、專(zhuān)用的統(tǒng)一文件格式，以便打通從設(shè)計到3D打印期間的諸多環(huán)(huán)節(jié)，避免在此過(guò)程中出現(xiàn)信息數(shù)據(jù)損失。目前，3MF已發(fā)(fā)布了3D打印格式、材料及屬性、點(diǎn)陣晶格結(jié)構(gòu)、切片及制品的擴展名5份標準。

此外，國外的SAE、AWS、DNV·GL、NIST、IEEE、IPC、AMMI、ABNT和UL等組織或機構(gòu)也針對增材制造的特點(diǎn)在航空航天、汽車(chē)、焊接、船舶、計量、檢測、印刷電路板、消費類(lèi)3D打印、醫(yī)療和安全等不同領(lǐng)(lǐng)域開(kāi)展了標準的研究與制定。

 3 國內(nèi)增材制造標準現(xiàn)狀

我國最早于2006年就發(fā)(fā)布了快速成形設(shè)備及安全的相關(guān)(guān)標準，走在國際前列，但沒(méi)有專(zhuān)門(mén)開(kāi)展過(guò)標準體系研究，早期幾項標準都是結(jié)合當(dāng)時(shí)快速成形技術(shù)(shù)現(xiàn)狀而提出的。隨著(zhù)近幾年增材制造技術(shù)(shù)的快速發(fā)(fā)展，全國增材制造標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )SAC/TC562在2016年4月正式成立，對接ISO/TC261，規(guī)范開(kāi)展國內(nèi)及國際增材制造技術(shù)(shù)標準化工作。全國增材制造標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )結(jié)合《增材制造產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展行動(dòng)計劃（2017－2020年）》《增材制造標準領(lǐng)(lǐng)航行動(dòng)計劃（2020－2022年）》等有關(guān)(guān)政策要求，重點(diǎn)圍繞標準制修訂、標準化科研、標委會(huì )組織建設(shè)等方面開(kāi)展了一系列工作，結(jié)合我國增材制造技術(shù)(shù)和標準化工作已經(jīng)(jīng)形成的基礎(chǔ)和特點(diǎn)，推出了增材制造標準體系框架（見(jiàn)圖1）。

全國增材制造標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )于2019年標委會(huì )組建了測試方法分技術(shù)(shù)委員會(huì )SAC/TC562/SC1，負責(zé)增材制造領(lǐng)(lǐng)域的專(zhuān)用材料、裝備成形件的特性、可靠性和安全性等測試方法的國家標準制修訂工作。除SAC/TC562以外，國內(nèi)其他國家標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )也針對增材制造技術(shù)(shù)在各領(lǐng)(lǐng)域開(kāi)展了標準的制定工作，主要包括：全國有色金屬標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )（SAC/TC 243）、全國特種加工機床標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )（SAC/TC 161）等，與增材制造相關(guān)(guān)的全國專(zhuān)業(yè)(yè)標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )約10余個(gè)，在不同應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域共同推動(dòng)增材制造標準化工作。目前我國已發(fā)(fā)布的增材制造技術(shù)(shù)相關(guān)(guān)國家標準共計30余項。

2021年10月，國際標準I S O/I E C23510:2021 Information technology — 3D printing and scanning — Framework for an Additive Manufacturing Service Platform （AMSP）正式發(fā)(fā)布。該標準由全國增材制造標準化技術(shù)(shù)委員會(huì )牽頭負責(zé)，是中國在增材制造領(lǐng)(lǐng)域牽頭制定的第一項國際標準，標志著(zhù)我國在增材制造領(lǐng)(lǐng)域的國際標準化工作實(shí)現(xiàn)了零的突破。

 4 增材制造標準“十四五”發(fā)(fā)展計劃

國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要提出完善智能制造標準體系的要求，助力我國智能制造業(yè)(yè)迅猛發(fā)(fā)展?！秶覙藴駛l(fā)(fā)展綱要》《“十四五”智能制造發(fā)(fā)展規(guī)劃》《增材制造標準領(lǐng)(lǐng)航行動(dòng)計劃（2020-2022年）》《“十四五”推動(dòng)高質(zhì)(zhì)量發(fā)(fā)展的國家標準體系建設(shè)規(guī)劃》等文件的部署，對智能制造標準化提出了新的要求。增材制造行業(yè)(yè)也要緊跟智能制造規(guī)劃的“兩步走、四大任務(wù)(wù)、六個(gè)行動(dòng)、四項措施”，立足于智能制造這個(gè)基本本質(zhì)(zhì)，緊扣增材特征，以工藝、裝備為核心，以材料、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立健全增材制造標準體系[11]。

增材制造技術(shù)(shù)標準體系以三個(gè)方面為指導(dǎo)思想進(jìn)行規(guī)劃。一是緊扣目標導(dǎo)向，必須以規(guī)范產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展、促進(jìn)技術(shù)(shù)進(jìn)步、利于專(zhuān)業(yè)(yè)交流等目標為導(dǎo)向，利用綜合標準化的思想建立標準體系，健全科技成果轉(zhuǎn)化為標準的機制，加強政府引導(dǎo)和產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)協(xié)(xié)同。二是要系統(tǒng)分析，需要從全產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)鏈、全價(jià)值鏈、全技術(shù)(shù)體系等維度開(kāi)展分析，形成綜合性的標準系統(tǒng)，以滿(mǎn)足產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展、技術(shù)(shù)進(jìn)步的需求，推動(dòng)標準化發(fā)(fā)展向質(zhì)(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。三是進(jìn)行整體優(yōu)(yōu)化，尋求整個(gè)產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)的最優(yōu)(yōu)配置，協(xié)(xié)調(diào)行業(yè)(yè)相關(guān)(guān)上、中、下游的標準化需求，合理統(tǒng)一規(guī)劃，促進(jìn)上、下游產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)鏈的有效銜接，避免重復(fù)、不匹配等問(wèn)題，發(fā)(fā)揮關(guān)(guān)鍵技術(shù)(shù)標準在產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)協(xié)(xié)同、技術(shù)(shù)協(xié)(xié)作中的紐帶和驅(qū)動(dòng)作用，增強產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)鏈供應(yīng)鏈穩(wěn)定性和產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)綜合競爭力[12，13]。

增材制造技術(shù)(shù)領(lǐng)(lǐng)域標準體系實(shí)施方向應(yīng)從技術(shù)(shù)維度、保障維度及應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域維度這三個(gè)維度進(jìn)行。技術(shù)(shù)維度是增材制造技術(shù)(shù)的核心部分，主要從增材制造技術(shù)(shù)的一般工藝過(guò)程需求出發(fā)(fā)，分為設(shè)計、裝備、材料及工藝等，以科技創(chuàng )(chuàng)新提升標準水平，重點(diǎn)加快制定關(guān)(guān)鍵技術(shù)(shù)標準，推動(dòng)產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展。保障維度是增材制造技術(shù)(shù)的基本保障，主要從增材制造技術(shù)(shù)全生命周期的保障技術(shù)(shù)需求出發(fā)(fā)，建立各環(huán)(huán)節(jié)、各階段、各類(lèi)事物及人員的基礎(chǔ)性、檢測、認證、安全、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式、運維服務(wù)(wù)、驗證平臺、網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)協(xié)(xié)同制造和綠色制造等標準，加強標準實(shí)施效果評估，提升標準實(shí)施效能。應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域維度則依據(jù)增材制造技術(shù)(shù)產(chǎn)(chǎn)品在各領(lǐng)(lǐng)域應(yīng)用的不同要求及特點(diǎn)進(jìn)行，細分行業(yè)(yè)需求，包括航天、航空、核工業(yè)(yè)、船舶、汽車(chē)、軌道交通、生物醫(yī)療、教育和兵器軍工等，由此健全增材制造技術(shù)(shù)標準體系。開(kāi)展不同應(yīng)用領(lǐng)(lǐng)域的標準化試點(diǎn)示范，強化標準核心技術(shù)(shù)指標研究，重點(diǎn)支持基礎(chǔ)通用、產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)共性、新興產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)應(yīng)用和融合技術(shù)(shù)等領(lǐng)(lǐng)域的標準研制[12]。

同時(shí)，還要健全標準化人才培養(yǎng)體系，提升信息化支撐能力，拓展標準化國際合作，強化標準研究和技術(shù)(shù)研發(fā)(fā)同步、國內(nèi)標準和國際標準同步、標準實(shí)施與產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)化同步，以先進(jìn)適用的標準提升產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)鏈現(xiàn)代化水平，領(lǐng)(lǐng)航增材制造產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)高質(zhì)(zhì)量發(fā)(fā)展[14]。到2025年，結(jié)構(gòu)優(yōu)(yōu)化、先進(jìn)合理、國際兼容的標準體系更加健全，標準化質(zhì)(zhì)量效益不斷顯現(xiàn)，全面形成市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、政府引導(dǎo)、企業(yè)(yè)為主、社會(huì )參與、開(kāi)放融合的標準化工作格局[13，15]。

5 結(jié)束語(yǔ)

“十四五”期間，我國將面臨更加復(fù)雜的國際形勢，國家間的產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)競爭也會(huì )更加激烈。在這個(gè)背景下，堅定不移地實(shí)施制造強國戰(zhàn)略，以智能制造為主攻方向，找到符合自己的發(fā)(fā)展路徑和發(fā)(fā)展模式發(fā)(fā)展好制造業(yè)(yè)，將是我國應(yīng)對外部競爭的底氣[16]。以標準促進(jìn)科技創(chuàng )(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化，助推產(chǎn)(chǎn)業(yè)(yè)發(fā)(fā)展升級，支撐國內(nèi)大循環(huán)(huán)、國內(nèi)國際雙循環(huán)(huán)建設(shè)，充分發(fā)(fā)揮標準化在推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化建設(shè)中的基礎(chǔ)性和引領(lǐng)(lǐng)作用。

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