Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 57894-2017 "Оборудование для электронно-лучевого спекания. Общие требования" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 2 ноября 2017 г. N 1629-ст)

Equipment for electron beam processing. General requirements

ОКС 25.160.01

Дата введения - 1 июня 2018 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Разработан Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении" (ВНИИНМАШ) и Публичным акционерным обществом "Электромеханика"

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 210 "Технологическое обеспечение создания и производства изделий"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 2 ноября 2017 г. N 1629-ст

4 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на технологическое оборудование для послойного синтеза изделий из различных металлов и сплавов методом селективного электронно-лучевого спекания электронным пучком в вакууме (далее - оборудование СЭЛС). Селективный электронно-лучевой синтез (послойное спекание/сплавление) изделий используется для синтеза изделий в космической, авиационной, медицинской промышленности, приборостроении и др.

Настоящий стандарт устанавливает общие технические требования к оборудованию СЭЛС.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9.014 Единая система защиты от коррозии и старения. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования

ГОСТ 9.032 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения

ГОСТ 12.2.003 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.1.004 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.1.005 Система стандартов безопасности труда. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны

ГОСТ 12.1.012 Система стандартов безопасности труда. Вибрационная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.2.007.0 Система стандартов безопасности труда. Изделия электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.007.9 Безопасность электротермического оборудования. Часть 1. Общие требования

ГОСТ 12.2.033 Система стандартов безопасности труда. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования

ГОСТ 12.2.049 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие эргономические требования

ГОСТ 12.2.061 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам

ГОСТ 1908 Бумага конденсаторная. Общие технические условия

ГОСТ 3282 Проволока стальная низкоуглеродистая общего назначения. Технические условия

ГОСТ 3560 Лента стальная упаковочная. Технические условия

ГОСТ 10198 Ящики деревянные для грузов массой св. 200 до 20000 кг. Общие технические условия

ГОСТ 10923 Рубероид. Технические условия

ГОСТ 14192 Маркировка грузов

ГОСТ 14254 Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP)

ГОСТ 15150 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 16272 Пленка поливинилхлоридная пластифицированная техническая. Технические условия

ГОСТ 17925 Знак радиационной опасности

ГОСТ 17516.1 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 24686 Оборудование для производства изделий электронной техники и электротехники. Общие технические требования. Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение

ГОСТ 28944 Оборудование сварочное механическое. Методы испытаний

ГОСТ 29192 Совместимость технических средств электромагнитная. Классификация технических средств

ГОСТ Р 52615 Компрессоры и вакуумные насосы. Требования безопасности. Часть 2. Вакуумные насосы

ГОСТ Р 57178 Метод электроконтактного упрочнения поверхностей деталей. Типовой технологический процесс

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального органа по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины, определения, сокращения и условные обозначения

3.1 В настоящем стандарте применены термины с соответствующими определениями:

3.1.1

технологический процесс: Организованный процесс изготовления продукции (изделий) или оказания услуг заданного качества, состоящий из отдельных технологических операций, выполняемых людьми с применением материально-технических средств в соответствии с определенной технологией. [ГОСТ 57178, статья 3.7]

3.1.2

технологическое оборудование: Средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства воздействия на них, а также технологическая оснастка. [ГОСТ 3.1109, статья 93]

3.1.3 технологический цикл оборудования СЭЛС: Цикл технологических операций, ограниченный периодическим перемещением подложки изделия на величину одного слоя.

3.1.4 электронно-лучевой синтез: Послойное спекание/сплавление изделий, источником энергии при котором является кинетическая энергия электронов в пучке, сформированном электронно-лучевой пушкой.

3.1.5 электронно-лучевое спекание/сплавление: Технологический процесс изготовления деталей, в котором кинетическая энергия электронов в электронном пучке, сформированном электронно-лучевой пушкой используется для избирательного спекания/сплавления частиц на поверхности, слой за слоем, в рабочей камере, в вакууме.

3.1.6 рабочая камера: Замкнутый объем технологического оборудования, предназначенный для создания вакуумного пространства, размещения исполнительных механизмов изделия и электронно-лучевой пушки, технологической оснастки.

3.1.7 изделие: Объект, полученный из металлического порошка в результате послойного синтеза посредством электронно-лучевого сканирования, сопровождаемого спеканием/сплавлением порошка.

3.1.8 сканирование: Последовательное плоское перемещение пятна электронно-лучевого пучка по слою спекаемого порошка по заданному алгоритму.

3.1.9 алгоритм: Набор инструкций, описывающих порядок действий для достижения заданного результата.

3.1.10 стол: Совокупность исполнительных линейных механизмов для перемещения изделия и бункера с порошком.

3.1.11 вакуумная станция: Комплекс взаимосвязанных устройств (насосов, запорной аппаратуры, трубопроводов, фильтров, ловушек), предназначенный для создания и поддержания необходимого разрежения в рабочей камере технологического оборудования.

3.1.12 электронно-лучевая пушка: Устройство, с помощью которого получают пучок электронов с заданной кинетической энергией и конфигурацией.

3.1.13 фокусирующая система: Устройство электронной оптики для фокусировки пучка электронов, состоящее из электромагнитной катушки возбуждения и полюсных наконечников. Фокусировка электронного пучка осуществляется регулировкой силы тока источника питания.

3.1.14 отклоняющая система: Устройство электронной оптики для отклонения пучка электронов. Состоит из двух электромагнитных линз, создающих равномерное магнитное поле во взаимно перпендикулярных направлениях. Управление отклонением электронного пучка осуществляется от источника питания.

3.1.15 неиспользуемое рентгеновское излучение: Рентгеновское излучение, возникающее внутри электровакуумных приборов, электронно-лучевых, и других установок в результате торможения ускоренных электрическим полем электронов на электродах, обрабатываемых или исследуемых изделиях.

3.1.16 стекло рентгенозащитное: Стекло, предназначенное для защиты оператора от рассеянного излучения, исходящего из рабочей камеры оборудования СЭЛС.

3.1.17 свинцовый эквивалент: Показатель защитных свойств материала, из которого изготовлено стекло рентгенозащитное по отношению к ионизирующему излучению. Свинцовый эквивалент для рентгенозащитного оборудования выражается толщиной слоя свинца в миллиметрах, обеспечивающего при заданных условиях такую же противолучевую защиту, как и стекло рентгенозащитное, которое применялось при изготовлении иллюминатора.

3.1.18 промышленный компьютер: Компьютер, предназначенный для обеспечения работы программных средств в промышленном производственном процессе.

3.1.19 программируемый логический контроллер: Устройство с программируемой логикой, используемое для автоматизации технологических процессов.

3.1.20 3D-модель: Визуальный объемный образ синтезируемого изделия.

3.1.21 система трехмерного проектирования: Система с функциональными возможностями объемного проектирования и моделирования, обеспечивающая поддержку наиболее распространенных форматов 3D-моделей.

3.2 Сокращения и условные обозначения

3.2.1 Сокращения

СЭЛС - электронно-лучевое спекание/сплавление;

ТП - технологический процесс;

CAD - система автоматизированного проектирования;

TCP/IP - набор сетевых протоколов передачи данных о синтезе изделия;

ЭЛП - электронно-лучевая пушка;

ТП СЭЛО - технологический процесс электронно-лучевой обработки;

СУ - система управления;

УТТ - уровень технических требований;

ТТ - технические требования;

ПЛК - программируемый логический контроллер;

ПК - промышленный компьютер.

3.2.2 Условные обозначения

I_п - ток пучка;

I_ф - ток фокусировки электронного пучка;

I_Х - ток отклоняющих катушек по оси X;

I_Y - ток отклоняющих катушек по оси Y;

V_o - скорость сканирования;

Р_к - давление в вакуумной камере;

Р_п - давление в ЭЛП;

I (мА) - ток луча;

d (мм) - диаметр луча в месте встречи с объектом;

T (°С) - температура подложки;

V (мм/мин) - скорость перемещения каретки для выравнивания порошка;

х (мм) и y (мм) - геометрические размеры поля для нанесения порошка;

V_c (мм/мин) - скорость сканирования поверхности электронным лучом;

l (мм) - длина перемещения луча;

I_imp (мА) - ток луча в импульсе;

f (Гц) - частота луча;

t (c) - время для обработки поверхности электронным лучом;

рН - водородный показатель кислотности;

мм - миллиметр;

мин - минута;

mA - миллиампер;

Гц - герц;

с - секунда;

мм/с - миллиметр в секунду;

°С - градус Цельсия;

мм рт.ст - миллиметр ртутного столба;

Па - Паскаль;

- литр на паскаль в секунду;

рт. ст./с - литра на микрометр ртутного столба в секунду;

мкР/ч - микрорентген в час;

м³ - кубический метр;

дБ - децибел;

В - вольт;

кВт - киловатт;

МПа - мегапаскаль;

м³/ч - кубический метр в час;

кВА - киловольт-ампер;

кВ - киловольт;

кг - килограмм.

4 Технические требования

4.1 Назначение и область применения

4.1.1 Оборудование СЭЛС предназначено для послойного синтеза изделий сложной геометрической формы посредством электронно-лучевого спекания/сплавления металлического порошка в вакууме.

4.1.2 Условия эксплуатации оборудования СЭЛС должны соответствовать климатическому исполнению У, категории 4.2 по ГОСТ 15150.

4.2 Общие требования к оборудованию СЭЛС

4.2.1 Конструкторская, технологическая и программная документация на оборудование СЭЛС должна соответствовать стандартам и техническим условиям на конкретные его виды.

4.2.2 Общие требования к пожарной безопасности оборудования должны соответствовать - ГОСТ 12.1.004, общим требованиям санитарно-гигиенических требований - ГОСТ 12.1.005, общим требованиям безопасности - ГОСТ 12.2.003, общим эргономическим требованиям - ГОСТ 12.2.049.

4.2.3 Требования к системе управления и автоматике оборудования должна выполняться в соответствии с функциональным назначением по ГОСТ 24686.

4.2.4 Нанесение покрытий на оборудование должно быть выполнено в соответствии с требованиями, указанными в конструкторской документации.

4.2.5 Отделка и окраска оборудования СЭЛС должна выполняться в соответствии с функциональным назначением по ГОСТ 24686.

4.2.6 Окраска поверхностей должна соответствовать классу IV по ГОСТ 9.032.

4.2.7 Корпус оборудования должен быть изолирован от токоведущих частей и заземлен. Сопротивление изоляции между токовыми подводами и корпусом оборудования должно быть не менее 500 кОм по ГОСТ 12.2.007.9.

4.2.8 В качестве токового подвода в оборудовании СЭЛС должен применяться высоковольтный кабель, предназначенный для подведения высокого напряжения (до 60 кВ) к ускоряющему электроду электронно-лучевой пушки.

4.2.9 При послойном электронно-лучевом синтезе изделия должны изготавливаться по компьютерному файлу, содержащему 3D-модель в форматах систем трехмерного проектирования, которая передается для послойного формирования изделия.

4.2.10 Исходным сырьем для синтеза изделия на оборудовании СЭЛС является металлический порошок с характерным размером до 150 мкм.

4.2.11 ТП СЭЛС изделий должен контролироваться и сопровождаться записью на электронный носитель или диск значений параметров процесса (выборочно в зависимости от требований заказчика в соответствии с таблицей 1).

4.2.12 Технические требования к отклонению значений параметров ТП приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Технические требования к отклонению параметров ТП

Наименования параметра	Значения
1 Нестабильность тока пучка в диапазоне 10-200 мА, %, не более	0,5
2 Пульсации тока пучка в диапазоне 5-200 мА, %, не более	5
3 Нестабильность ускоряющего напряжения, %, не более	0,5
4 Пульсации ускоряющего напряжения, %, не более	0,5
5 Допустимое отклонение по скорости перемещений, %, не более	2
6 Допустимое отклонение давления в вакуумной камере, мм рт. ст.
7 Допустимое отклонение давления в ЭЛП, мм рт. ст.

4.3 Требования к составу оборудования

4.3.1 Функциональная схема оборудования СЭЛС приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Функциональная схема оборудования СЭЛС

4.3.2 Состав оборудования СЭЛС приведен в таблице 2.

Таблица 2 - Состав оборудования СЭЛС

Наименование и позиция на рисунке 1	Количество, шт.	Принятые обозначения
1 Рабочая камера	1	РК
2 Иллюминатор	3	-
3 Электронно-лучевая пушка	1	ЭЛП
4 Катод	1	-
5 Подогреватель катода	1	-
6 Анод	1	-
7 Управляющий электрод	1	-
8 Фокусирующая система (по осям X, Y)	2	-
9 Отклоняющая система (по осям X, Y)	2	-
10 Электронно-лучевой пучок	1	-
11 Сектор сканирования электронного луча (объемный, по осям X, Y)	1	-
12 Рабочий стол	1	-
13 Механизм перемещения каретки	1	МПК
14 Каретка	1	-
15 Бункер с порошком	2	-
16 Механизм подачи порошка	2	-
17 Синтезируемое изделие	1	-
18 Подложка	1	-
19 Механизм вертикального перемещения изделия	1	МВПИ
20 Система управления	1	СУ
21 Система электроснабжения	1	СЭС
22 Вакуумная станция	1	ВС
23 Система водоохлаждения	1	СВО

4.4 Требования к конструкции оборудования СЭЛС

4.4.1 Установка монтируется на фундамент, выполненный в соответствии с конструкторской документацией.

4.4.2 Рабочая камера 1 предназначена для создания вакуумной среды в зоне спекания изделий электронно-лучевым пучком 10.

4.4.3 В состав энергетического комплекса входят высоковольтный источник питания и ЭЛП 3, выполняющая функции преобразователя электрической энергии в электронно-лучевой пучок.

4.4.4 При нагреве катода 4 подогревателем 5 обеспечивается поток электронов вследствие термоэлектронной эмиссии. Электроны разгоняются электрическим полем, определяемым разницей потенциалов между катодом 4 и анодом 6.

4.4.5 Электростатическое поле управляющего электрода 7 предварительно фокусирует поток электронов для возможности их прохождения через отверстие в аноде. Управляющий электрод при подаче на него отрицательного потенциала обеспечивает работу в импульсном режиме.

4.4.6 Благодаря электромагнитному полю фокусирующей системы 8 электронно-лучевой пучок 10 фокусируется на слое порошка.

4.4.7 ЭЛП должна монтироваться неподвижно.

4.4.8 Сканирование электронно-лучевого пучка в области синтеза изделия по заданной программе обеспечивается отклоняющей системой 9.

4.4.9 Отклоняющая система 9 за счет электромагнитного поля позволяет отклонять электронно-лучевой пучок 10 на заданный по программе угол.

4.4.10 Синтезируемое изделие располагается на металлической подложке 18. Для нанесения порошка используется каретка 14 с МПК 13, приводящая в плоскопараллельное движение нож для выравнивания порошка на поверхности.

4.4.11 Концентрация удельной мощности электронно-лучевого пучка в плоскости прогрева синтезируемого изделия 17 обеспечивается фокусирующей системой 8.

4.4.12 РК 1 должна быть оснащена иллюминаторами 2 для визуального наблюдения за технологическим процессом и для установки контрольно-измерительных приборов. Иллюминаторы должны быть защищены изнутри камеры от напыления, а также оснащены двойными свинцовыми стеклами повышенной прочности для защиты от рентгеновского излучения.

4.4.13 Механизм вертикального перемещения 19 изделия обеспечивает в технологическом цикле периодическое перемещение подложки на величину одного слоя.

4.4.14 Один слой в ТП ограничен размерным параметром используемого порошка.

4.4.15 Каретка 14, приводящая в движение нож для выравнивания слоя порошка, совершает несколько проходов в горизонтальной плоскости с заданной программируемой скоростью перемещения каретки с ножом на подложке/изделии.

4.4.16 Движения МПК 13, механизмов подачи порошка 16, МВПИ 19 должны обеспечиваться сервоприводами.

4.4.17 В механизмах перемещения и подачи должны быть предусмотрены:

- необходимость применения специальной вакуумной смазки;

- возможность размагничивания механизмов для исключения влияния магнитного поля деталей энергетического комплекса на отклонения электронного луча.

Технические требования к механизмам перемещения изделия и механизмам подачи порошка, приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Технические требования к механизмам перемещения изделия и механизмам подачи порошка

Наименование параметра	Значение
1 Шаг перемещения, мм, не менее	0,001
2 Абсолютная погрешность позиционирования, мм, не более	0,01
3 Абсолютная погрешность перемещения исполнительных устройств, мм, менее	0,01
4 Нестабильность скорости, %, менее	2

4.4.18 Система электроснабжения 21 должна обеспечивать электрическое питание системы управления 20, цифровых электроприводов и элементов автоматики, а также высоковольтное ускоряющее анодное напряжение ЭЛП 3.

Электрическая схема защиты должна предусматривать звуковую и световую сигнализации при нарушении работы подсистем оборудования СЭЛС.

4.4.19 Вакуумная станция 22. Работа электронно-лучевой пушки возможна только в условиях вакуума не менее 10^-4...10^-5 мм рт. ст., чтобы пучок электронов не рассеивался при столкновении с молекулами остаточных газов.

4.4.20 Разработка конструкторской документации оборудования СЭЛС должна вестись с учетом механической, электрической, термической безопасности и излучения, характерных для вакуумного оборудования в соответствии с ГОСТ Р 52615.

4.4.21 Система водоохлаждения 23 предназначена для охлаждения насосов вакуумной станции.

В оборудовании, для охлаждения элементов которого используется вода из сети оборотного водоснабжения, устанавливаются механические фильтры для снижения содержания в воде взвешенных частиц.

4.4.22 Требования к качеству охлаждающей воды:

- значение составляет 7-8 рН;

- содержание механических взвесей - не более 20 мг/л;

- содержание солей - не более 300 мг/л;

- в том числе сульфатов - не более 60 мг/л;

- хлоридов - не более 30 мг/л.

4.5 Требования к системе управления

4.5.1 Система управления электронным лучом должна быть выполнена на базе промышленного компьютера и программируемого логического контроллера, реализующих технологическую задачу управления.

4.5.2 Алгоритм обработки электронным лучом поверхности подложки должен обеспечивать равномерное температурное поле.

4.5.3 Метод сканирования луча при проведении операции синтеза оказывает существенное влияние не только на температурный режим синтезируемого изделия, но и на шероховатость поверхности.

4.5.4 Для каждой операции должен быть выбран метод сканирования луча и рассчитаны параметры обработки слоя порошка электронным лучом такие, как: ток луча, скорость сканирования луча, диаметр луча, шаг смещения луча, размеры сканируемой площади х_i и y_i.

4.5.5 Автоматизированное рабочее место оператора должно удовлетворять эргономическим требованиям по ГОСТ 12.2.033 и требованиям безопасности по ГОСТ 12.2.061.

4.5.6 СУ должна обеспечивать блокировки для безопасной работы всех узлов и элементов оборудования, перевод оборудования в безопасное состояние при возникновении внештатной ситуации.

4.5.7 СУ должна обеспечивать проведение технологического процесса в следующих режимах:

а) наладочный режим - управление механизмами и устройствами оборудования для выполнения наладочных, ремонтно-профилактических работ;

б) ручной режим - управление элементами оборудования с соблюдением всех блокировок, исключающих возникновение внештатных ситуаций;

в) автоматический режим - реализация автоматического цикла синтеза изделия.

4.6 Основные нормируемые параметры, размеры и характеристики

- массогабаритная характеристика синтезируемых изделий:

- ширина;

- длина;

- высота;

- масса, кг;

- внутренние размеры камеры, мм, не более:

- длина;

- ширина;

- высота;

- контурная скорость перемещения пучка, мм/с, не более;

- погрешность позиционирования пятна электронного луча на сканируемой плоскости, %;

- погрешность позиционирования МВПИ, %;

- погрешность зазора выравнивающего ножа над сканируемой плоскостью, %;

- рабочий вакуум, Па (мм рт. ст.):

- в камере;

- в ЭЛП;

- время получения вакуума (при повторной откачке), мин, не более;

- натекание воздуха в камеру, ( рт. ст./с);

- мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 100 мм от поверхности камеры, мкР/ч, не более;

- уровень шума от работы вакуумной станции, дБ, не более;

- напряжение питающей сети, В;

- частота, Гц;

- установленная мощность оборудования, кВт;

- давление охлаждающей воды, МПа (кгс/см²);

- расход воды, м³/ч, не менее;

- давление сжатого воздуха, МПа (кг/см²);

- энергетический комплекс:

- максимальная мощность луча, кВА;

- ускоряющее напряжение,