中华人民共和国男家标堆 GB/T 45753一2025 泊木 全 侣已 本 洛， 生 z < 增材制造”功能梯度增材制造工亏规邯 Additive manufacturing一Specification for functionally graded additive manufacturing process 2025-05-30 发布 2025-12-01 实施 GB/T 45753一2025 目 次 附录 A (资料性) 单材料功能梯度增材制造和多材料功能梯度增材制造的梯度变化示意 ………… 9 附录 B (资料性) 功能梯度增材制造维度分类 ppp 10 附录 C (资料性) 非连续功能梯度和连续功能梯度示例 RN 1 附录 D (资料性) 功能梯度制件案例 13 [ GB/T 45753一2025 前 言 本文件按照 GB/T 1.1一2020标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国机械工业联合会提出。 本文件由全国增材制造标准化技术委员会(SAC/TC 562)归口。 本文件起草单位:青岛理工大学 .深圳协同创新高科技发展有限公司.中国石油集团测井有限公司、 中机研标准技术研究院(北京)有限公司 西北工业大学 .北京煜易增材制造研究院股份有限公司、大连 理工大学 .沈阳精合数控科技开发有限公司 .北京万维增材科技有限公司 西安增材制造国家研究院有 限公司 ,深圳市金石三维打印科技有限公司.中国海洋大学`.四川川航航空发动机维修工程有限责任公 司 .北京科技大学.中国科学院力学研究所.中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所、华南理工大 学.中煤北京煤矿机械有限责任公司 .广东汉邦激光科技有限公司 ,太行国家实验室.广东粤海华金科技 股份有限公司 西安智能再制造研究院有限公司 .无锡市检验检测认证研究院`.上海联泰科技股份有限 公司、常州市工业互联网研究院股份有限公司。 本文件主要起草人:兰红波,张广明 马戏.王宇轩,`赵良兵.林讲、钱婷婷.马广义.刘斌、盛彬、穆敏强、 江泽星、刘永辉.唐民锋、桂万元`届丹丹、陈亮,王迪、刘国柱、戚文军`石舌、陈家坚、王春昌萝威.于清晓、 张亚吴。 [ GB/T 45753一2025 增材制造”功能梯度增材制造工艺规范 1 范围 本文件规定了功能梯度增材制造工艺的分类 一般要求 .通用工艺过程、质量检验和技术资料交付。 本文件适用于功能梯度增材制造。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GB 15577 ”粉尘防爆安全规程 GB/T 35022 增材制造”主要特性和测试方法“零件和粉末原材料 GB/T 35351 增材制造”术语 GB 50019 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 3 术语和定义 GB/T 35351 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 功能梯度增材制造 ”functionally graded additive manufacturing;FGAM 在增材制造过程中,通过改变制件的微观要素(包括材料组分和/或结构) ,在特定方向上呈连续(或 非连续)的梯度变化,实现其性能和功能呈连续(或非连续)梯度变化的一种增材制造工艺。 3.2 功能梯度材料 functionally graded materials;FGMs 通过控制两种或两种以上的材料组分从某一方位(一维、二维或者三维)向另一方位连续或非连续 变化,使制件性能和功能呈梯度变化的一种非均质材料。 功能梯度结构 “ functionally graded structures;FGSs 通过调控材料结构(微结构或者点阵结构)在空间连续或非连续变化,使制件性能和功能呈梯度变 化的一种非均质结构。 注: 典型微结构或者点阵结构功能梯度变化包括变密度 .变刚度等。 3.4 单材料功能梯度增材制造 ” single material FGAM 使用单一材料 ,利用功能梯度增材制造实现功能梯度结构和宏观几何形状一体化制造的增材制造 工艺。 3.5 多材料功能梯度增材制造 ”multirmaterial FGAM 使用两种或两种以上材料 ,利用功能梯度增材制造实现材料组分梯度和宏观几何形状一体化制造 1 GB/T 45753一2025 的增材制造工艺。 3.6 梯度维度 dimension of the gradient vector 材料组分或结构在空间梯度变化的维度类型 。 注: 包括一维梯度 .二维梯度 .三维梯度 。 4 分类 功能梯度增材制造有多种 ,按照不同的分类方式(梯度类型.材料组分.梯度维度 .梯度连续性、材料 种类)分类 ,见表 1 。 表 1 功能梯度增材制造分类 分类方式 类型 说明 材料功能梯度 材料组分梯度变化(功能梯度材料) ,见附录 A 梯度类型 结构功能梯度 微结构或孔隙梯度变化(功能梯度结构),见附录 A 材料和结构复合功能梯度 材料组分的梯度和微结构/孔隙的梯度同时发生变化,见附录 A 计科组全 单材料功能梯度 功能梯度结构(孔隙梯度 .微结构梯度 .固相梯度等) ,见附录 A 多材料功能梯度 功能梯度材料 ,见附录 A 一维功能梯度 材料组分或结构在一个方向梯度变化(X 或了或Z),见附录也 梯度维度 二维功能梯度 材料组分或结构在两个方向梯度变化(X 和Y) ,见附录 也 三维功能梯度 材料组分或结构在三个方向梯度变化(XY、Z),见附录 也 连续功能梯度 材料组分或结构连续的变化,见附录 C 梯度连续性 和 非连续功能梯度 材料组分或结构非连续的变化,见附录 C 以4 为基体,包括金属-金属、人金属-陶瓷、金属-聚合物等,见附录 D 全届基功能梯度 义金属为基体,包括金属-金属金属-陶瓷.金属-聚合物等,见附录 中图 D.1 以聚合物为基体， 聚合物-聚合物 .聚合物-金属、聚合物-陶瓷等， 材料种类 聚合物基功能梯度 聚合物为基体,包括聚合物-聚合物 .聚合物-金属.聚合物-陶瓷等 见图 D.2 以陶瓷为基体,包括陶瓷-金属.陶瓷-聚合物等,见图 D.3;或以混凝土 无机非全属功能梯度 和 包括陶瓷-金属陶瓷-聚合物等,见图 或以混凝 为基体 5 一般要求 5.1 人员 工艺人员应具有功能梯度增材制造工艺基础知识,熟悉功能梯度增材制造设备操作 ,掌握完整生产 工艺操作流程。设备操作人员应经过专业培训,考核合格后方可上岗。 注1: 设备操作人员的培训内容包括但不限于功能梯度增材制造设备和辅助设备的操作 维护、校准.软件使用、安 全防护.原材料处理`后处理 .数据处理.异常情况处理等。 注 2: 工艺人员的培训内容包括但不限于功能梯度增材制造工艺基础知识、功能梯度制件设计、建模、计算机辅助模 拟(CAE)分析和优化.数据处理、制造工艺规划、制件结构与性能的表征和检测等 。 2 GB/T 45753一2025 5.2 ”设备 5.2.1 设备组成 5.2.1.1 功能梯度增材制造设备(以下简称"设备”按照功能范围分为专用设备和通用设备。专用设备 只用于某一种(类)功能梯度制件的生产;通用设备能够实现两种(类)或两种(类)以上功能梯度制件的 生产。 5.2.1.2 ”设备的系统模块主要包括送料系统 .混料系统.喷头系统能量源 成形平台 成形室 .运动模组 系统 .监控和观测系统.控制系统(硬件和软件)等。 5.2.1.3 混料系统对于多材料功能梯度增材制造 ,设备应至少包括 1 种材料在线混料系统,用于打印材 5.2.2 ”维护保养 5.2.2.1 操作者应根据设备的使用说明书制定维护保养计划,维护保养内容按设备使用说明书或相关 标准要求执行。 5.2.2.2 ”对设备能量源 ,送料系统 .混料系统 成形室 .成形平台 .设备上用于工艺过程监测和控制的仪 需仪表,应按照国家的有关规定定期计量检定、校准。 5.2.2.3 每次成形前,应清除送料系统 .混料系统 .成形室 .成形平台等部件中的残留材料。 5.2.2.4 维护或校准结果应记录,记录的保存时间按设备使用说明书要求。 5.3 原材料 5.3.1 类型 使用的原材料包括液体材料和固体材料。其中液体材料包括低黏度墨水(通常低于 100 mPa。s)、 中高黏度的浆料及膏料。固体材料包括粉体(纳米粉末、微米粉未)、颗粒材料、.丝材、薄材等。 5.3.2 ”交付及贮存 5.3.2.1 材料供应商应提供材料的安全技术说明书和质量证明书,质量证明书包括但不限于材料牌号、 批号,以及物理和化学性能等指标 。 5.3.2.2 ”粉末材料宜使用密闭 .防静电、阻燃的容器存放在干燥.阴凉.无腐蚀的环境中,粉末材料应按 照供应商提供的环境要求贮存。 5.3.2.3 液体材料宜使用密闭 .防紫外、阻燃的黑色容器存放在干燥.阴凉、.避光、通风的环境中 ,液体材 料应按照供应商提供的环境要求贮存。 5.3.2.4 应采取必要措施防止材料在使用.贮存.运输、筛分、清理等过程中被污染。 5.4 环境 5.4.1 工作环境 功能梯度增材制造推荐的工作环境 a) 环境温度:5一30 5C b) 相对湿度:委75%%。 5.4.2 ”场地要求 安装设备的场地应具备良好的通风和有照明条件,应按照 GB 50019 的规定执行。地面承载力应符 合设备厂商的要求。 人 GB/T 45753一2025 5.5 安全 5.5.1 功能梯度增材制造设备应保持良好接地。 5.5.2 ”粉末材料在使用贮存、清理、科分等过程中的操作及相关设备防爆安全应符合 GB 15577 的规定。 6 通用工艺过程 6.1 工艺流程图 典型功能梯度增材制造工艺流程见图 1。 设计和数据处理 “| 制造工艺规划 制造准备 制造过程 不合格 < | 合格 是《修复) 一一 合格 报废 交付 1 功能梯度增材制造工艺流程 6.2 ”设计和数据处理 6.2.1 根据制件性能和功能的需求,利用计算机辅助设计(CCAD)软件和 CAE 软件,参照 ISO/ASTM TR 52912 进行设计,完成功能梯度(如刚度梯度、介电梯度等)制件的数字化模型数据处理和工艺规划。 6.2.2 ”功能梯度制件模型应包括外部几何属性.材料属性和/或内部结构属性: a) “外部几何属性,包括几何形状`.尺二.表面粗糙度等; b) 材料属性 ,包括材料种类 组分.组分比、梯度分布等; c) 内部结构属性,包括微结构形状.尺十.梯度分布.孔隙率等。 6.2.3 ”功能梯度增材制造的常用数据格式包括但不限于: 一一AMF(CAdditive Manufacturing Format) :增材制造格式,见 GB/T 35351; 一一FAVCFabricatable Voxel) :增材制造数据文件格式的一种,通过体素描述 3D 模型或者制件; 一一3MF(3D Manufacturing Format) :增材制造数据文件格式的一种,采用 XML 描述 3D 模型或 者制件。 4 GB/T 45753一2025 6.3 制造工艺规划 6.3.1 制造工艺确定 6.3.1.1 通则 应根据梯度类型来确定具体制造工艺,材料梯度增材制造按 6.3.1.2 执行,结构梯度增材制造按 6.3.1.3 执行,材料和结构复合梯度增材制造按 6.3.1.4 执行。 6.3.1.2 ”材料梯度增材制造 能够制备功能梯度材料的材料梯度增材制造工艺主要包括材料挤出.定向能量沉积、粉末床熔融、 材料喷射.立体光固化和薄材赫层制造等。 材料梯度增材制造的实现需要结合多材料在线混合和表 2 规定的 6 种增材制造方法的一种工艺 进行。 多材料在线混合方法包括主动混合和被动混合。 注: 被动混合采用各种静态混合器进行多种材料的混合,它适合低黏度液体材料 ,混合效率低 ,均匀混合效果一般。 主动混合采用动态混合器或者具有主动混合功能的打印头实现多种材料的均匀混合,适合多种类型材料[液 体-液体 ,液体-固体,固体-固体(粉未或颗粒状让,高.中、低黏度液体材料,具有混合效率高混合均匀性好、材 料普适性高的特点。 表 2 材料梯度增材制造工艺 材料混合方法 增材制造方法 ss 多材料被动混合 多材料主动混合 材料挤出 、/ 、/ 定向能量沉积 V/ 、/ 粉末床熔融 V/ O〇 材料喷射 V/ V/ 立体光固化 V/ O〇 薄材奏层制造 V/ V/ 注:“/ ”表示具有该工艺能力,“〇”表示不具有该工艺能力。 6.3.1.3 ”结构梯度增材制造 能够制备功能梯度结构的结构梯度增材制造工艺包括双光子聚合、微立体光刻.立体光固化.电流 体动力喷射 `气溶胶喷射.材料喷射、微选区激光烧结、粉未床熔融、.电化学沉积.定向能量沉积、材料 挤出。 根据制备结构分辨率的不同 ,结构梯度增材制造工艺见表 3。 GB/T 45753一2025 表3 结构梯度增材制造工艺 增材制造方法 亚微尺度 微尺度 介观尺度 (100 nm一1 Amy) 〈1 Am一100 pmy) (100 Am一1 000 Am) 双光子聚合 V/ V/ V/ 立体光固化 微立体光刻 O V/ V/ 数字光处理 O V/ V/ 电流体动力叶身 V/ V/ V/ 材料喷射 气浴胶喷射 V/ V/ 基于喷墨的材料喷射 V/ V/ 微选区激光烧结 V/ V 粉来床熔融 选区激光和可 O v 定向能量沉积 O O V/ 材料挤出 O〇 V/ V/ 其他 电化学沉积 V/ V/ V/ 注,“/”表示具有该工艺能力,“〇”表示不具有该工艺能力。 6.3.1.4 材料和结构复合梯度增材制造 对于同时包括功能梯度材料和功能梯度结构的制件,应根据制件结构和性能等要求,并结合材料樟 度增材制造(见 6.3.1.2)和结构梯度增材制造(见 6.3.1.3) ,综合考虑确定适合的功能梯度增材制造工 艺,实现材料和结构复合梯度增材制造。 6.3.2 ”工艺规划和工艺参数设置 功能梯度增材制造工艺确定后 ,进行工艺路径的规划和相应工艺参数设置。包括外部轮廊几何模 型成形工艺路径规划、材料组分和梯度分布成形工艺路径规划 .内部微结构和梯度分布成形工艺路径规 划等。 6.4 制造准备 6.4.1 原材料 6.4.1.1 用于功能梯度增材制造的原材料应符合 5.3 的要求。 6.4.1.2 ”对于多材料功能梯度增材制造,材料应分别准备。 6.4.2 ”保护气体 根据工艺要求确定是否需要保护气体(如氮气.氧气等) ,如果需要使用保护气体,其纯度应不小于 99.90% 。 6.4.3 设备 6.4.3.1 功能梯度增材制造设备应处于完好的状态。 6 GB/T 45753一2025 6.4.3.2 ”将原材料分别放置到相应的送料系统中。 6.4.3.3 ”确保送料系统、混料系统 .成形平台 .成形室等满足成形工艺条件。 6.5 制造过程 6.5.1 制造过程由计算机辅助完成。 6.5.2 ”应对主要工艺参数进行记录,具体的工艺参数监控和记录由供需双方协商确定。 6.5.3 制造过程中出现中断,应对中断状态进行记录和评估 ,并根据评估结果进行处置。 6.5.4 应对送料`混料、成形过程进行监控,对成形过程在线监测 。 6.6 ”初步检验 6.6.1 制造完成后对制件进行初步检验,包括但不限于外观缺陷、外形尺十.表面质量、梯度分布等。 6.6.2 ”在不影响客户预期使用要求情况下 ,可以通过对制件采用修补、校形、机械加工、热处理等方式 来满足要求。 6.7 ”后处理 后处理操作主要包括去除支撑热处理、机械加工表面处理。如需要,还可以采用脱脂 .烧结致密化 等操作。后处理确保初步检验制件的质量和性能等达到设计要求。 7 质量检验 7.1 要求 7.1.1 制件交付前应进行必要的质量检验,由供需双方协商确定抽检方式以及技术指标作为交付和验 收条件。 7.1.2 制件主要特性和测试方法应至少满足 GB/T 35022 的规定。 7.2 ”检验项目 常见的检验项目包括 ; a) 外部几何信息(宏观几何形状.尺寸)和表面粗糙度; b) 材料信息(材料组分、梯度分布) ; c) 内部结构信息(微结构形状` 尺寸、梯度分布.孔隙率) ; d) 机械性能(强度 硬度.耐磨性、和韧性、.塑性等) ; e) ”功能梯度性能(硬度梯度.刚度梯度.密度梯度 .折射率梯度、介电梯度等) 。 如有特殊要求,其他检验项目由供需双方协商确定。 7.3 复检 需方可根据双方协定按照 7.1 的要求进行复检,复检结果不合格时,由供需双方协商解决。 8 技术资料交付 交付的制件应包括但不限于以下信息 : a) 供应商信息(和名称. 地址和联系方式); b) 制件名称、材料种类.梯度类型 ; c) 测试报告; 7 GB/T 45753一2025 d) 制件合格证明文件; e) 本文件编号; f 制件数量; g) 生产日期; h) 制件包装 .运输和贮存等要求。 8 GB/T 45753一2025 附 录 A (资料性) 单材料功能梯度增材制造和多材料功能梯度增材制造的梯度变化示意 单材料功能梯度增材制造和多材料功能梯度增材制造的梯度变化示意见图 A.1。 2 全只全局全合生全 CR全CC合作只全局全国生 CR CCCC畏全CC 生@@ 合生全瑟w国个 CO CO全局生全二 a) 材料组分梯度变化模型 仿@@99@9@@一一仿一令@一@=wCD 全全八国书生全忆二全国避全二全一全瑟全国内 全全全全全一全全一全心仪玫全二八国吧O CORD 全作征一作信人一全一一全一作 全全已全全全十避国书生书国wCJCCCRRD 全全全使瑟全二全全全全全一局八国忆内例CR 全八国全全全全全全一全全一全二二国志二量才 b) 结构(孔隙率)梯度变化模型 全全合作合作合作全@@人全人全一兮一二@C 全全全全全二必)例合全全全一全合作已二全全 全全全兮一例例全全的侈一全全全一全全CC 全全全全全国避一生全二全全八国全一二人二个 全全合作全全全一全一全二人全一全合十夫全二 全全全瑟C)全合全全全全一二全全一全使瑟全二 全个一全全习人全全瑟乓瑟全全全一全全一 c) 材料组分梯度和结构梯度截面示意图 注 1: 颜色代表组分梯度(蓝色代表材料 A,绿色代表材料 B) 。 注2: 空轿代表空陈。 注3: 实心圈代表材料 。 图 A.1 单材料功能梯度增材制造和多材料功能梯度增材制造的梯度变化示意 9 GB/T 45753一2025 附 录 B (资料性) 功能梯度增材制造维度分类 按照梯度的维度 ,功能梯度增材制造维度分类见图 B.1。 1 2 号 标引序号说明 : 1一一一维梯度; 2一一二维梯度; 3一一三维梯度 。 图 B.1 功能梯度增材制造维度分类 10 GB/T 45753一2025 附 录 C (资料性) 非连续功能梯度和连续功能梯度示例 按照梯度的连续性分类 ,非连续功能梯度和连续功能梯度示例见图 C.1。 性能 性能 工 ‖ 位置 位置 a) “非连续功能梯度 b) “连续功能榜度 区 TRNA 一一一 ww | 了TT7T7 c)， 组分非连续梯度变化 d) “晶粒尺寸连续梯度变化 AAAWSANAAY 1 要王蒙焉本 ER NAAANYAAYAALASAA 让IE举人村2 面前硬硬加全四 国 ES 国轩大轩央周周且四证 全请22 出全由轩国目古是所 2 司硬生硬出重重。 凡 DO 下二二 二=全元7区 Dj Eee ee 四 本 到 几 一一 一 ， e) 晶粒取向非连续梯度变化 D， 纤维取向连续梯度变化 图C.1 非连续功能梯度和连续功能梯度示例 11 GB/T 45753一2025 ie一 et | ES二 必 性 二 e 7 辣 下 | 到 IE PE | g) 增强相非连续梯度变化 h) 增强相连续梯度变化 标引符号说明 : 工一一非连续(离散)功能梯度; 开 一一连续功能梯度 。 图C.1 非连续功能梯度和连续功能梯度示例 (续) 12 GB/T 45753一2025 附 录 D (资料性) 功能梯度制件案例 金属基功能梯度制件(Invar/MnCu)、 聚合物基功能梯度制件(介电功能梯度绝缘子) 和陶瓷-金属 功能梯度制件(氧化外-镍陶瓷金属功能梯度制件)典型案例分别见图 D.1一图 D.3。 一 ER Ce 民 ie 外 交办下re _ 人 站 厅 = TE Vimcu 世洒二 0026NMECu | 攻 汪 Man和 ES 二 Ce >生 汪汪 1 | 沉 国 十三 | 基 sn0o%oInvarsl MnCU 国 7 ] 一 -了seeanccsssn 有 | | 四 二 汉 虐 所。直， “三 才国 Invar 本 ool | 8DooTInvar20o%o MICU 0 和 、 省AN 1 0 2200 m 图 D.1 JInvar/MnCnu 金属基功能梯度制件示例 图 D.2 是用于高电压行业的介电功能梯度绝缘子(dielectric functionally graded material， dFGM) ,分图a)和Pb)分别是聚合物基石墨烯/光敏树脂 dFGM 的实物图和截面图,石墨烯的质量分 数依次从 0%一4%连续增加(从底部向顶部) 。 a) 实物图 b) 截面图 D.2 ”聚合物基石墨烯/光敏树脂介电功能梯度绝缘子示例 13 GB/T 45753一2025 图 D.3 是陶瓷-金属功能梯度制件(氧化外-镍陶瓷金属功能梯度) ,其中,分图a)是XY 向梯度化; 分图 b)是 2 向梯度化;分图 c)是元素分布图(图中的颜色所代表的材料:红色代表陶瓷,绿色代表金 属) ;分图 d)是 100%ZrO:/V0%Ni 的扫描电子显微镜(CSEM)图;分图e)是75%ZrO;/25%Ni 的SEM 图;分图虽是50加ZrO:/50%Ni的SEM 岁;分图g)是25%ZrO:/75%Ni的SEM 图;分图Ph)是0% ZrO:/100%Ni的SEM 图;分图iD是元素分布曲线。 人 | | 3a0) - b) | | C) @ E 蚤吧ZrO2/75%Ni 油 60%%Zr02/50%Ni 把 75%Zr0?/25%Ni一 00%ZrOx0XNi一> 区 层数: 10 6 mm 10_mom 100 hm 罗 E 本 9这半 本 8 1 人 二 - 本 是 他 。 世 9 5 区 必要入” 7 交 S 闫 六 4 二 和 汪 汪宁站 叹, E， 汉 下学 15 mr 清 157nm 3 全 ; ERs 的 相 [| 加< = 人 S 15 mm 15_um 100 um 图 D.3 氧化钳-镍陶瓷金属功能梯度构件示例 14 GB/T 45753一2025 参 考 文 献 [1] ISO/ASTM TR 52912 ， Additive_ manufacturing一Design一Functionally graded additive tmanufacturing 15