Additive manufacturing — Test artifacts — Geometric capability assessment of additive manufacturing systems

This document covers the general description of benchmarking test piece geometries along with quantitative and qualitative measurements to be taken on the benchmarking test piece(s) to assess the performance of additive manufacturing (AM) systems. This performance assessment can serve the following two purposes: — AM system capability evaluation; — AM system calibration. The benchmarking test piece(s) is (are) primarily used to quantitatively assess the geometric performance of an AM system. This document describes a suite of test geometries, each designed to investigate one or more specific performance metrics and several example configurations of these geometries into test piece(s). It prescribes quantities and qualities of the test geometries to be measured but does not dictate specific measurement methods. Various user applications can require various grades of performance. This document discusses examples of feature configurations, as well as measurement uncertainty requirements, to demonstrate low and high grade examination and performance. This document does not discuss a specific procedure or machine settings for manufacturing a test piece, which are covered by ASTM F 2971 and other relevant process specific specifications.

Fabrication additive — Pièces types d'essai — Évaluation de la capacité géométrique des systèmes de fabrication additive

Le présent document couvre la description générale du benchmarking de géométries d'éprouvette ainsi que les mesures quantitatives et qualitatives à appliquer à la ou aux éprouvettes de benchmarking afin d'évaluer les performances de systèmes de fabrication additive (FA). Cette évaluation de performances peut servir aux deux fins suivantes: — Évaluation de la capacité du système FA; — Étalonnage du système FA. La ou les éprouvettes de benchmarking sont utilisées principalement pour évaluer quantitativement les performances géométriques d'un système FA. Le présent document décrit une suite de géométries d'essai, chacune conçue pour examiner une ou plusieurs mesures de performances spécifiques, ainsi que plusieurs configurations d'exemple de ces géométries au sein d'une ou plusieurs éprouvettes. Il prescrit les quantités et qualités des géométries d'essai à mesurer, mais ne stipule pas de méthodes de mesure spécifiques. Différentes applications d'utilisateur peuvent exiger différents niveaux de performances. Le présent document donne des exemples de configurations de forme ainsi que des exigences d'incertitude de mesure afin de faire la démonstration d'un examen et de performances de niveau bas et élevé. Le présent document ne donne pas de procédure ou de réglages de machine spécifiques pour la fabrication d'une éprouvette qui sont couverts par l'ASTM F2971 et à d'autres spécifications de procédé pertinentes.

General Information

Status
Published
Publication Date
30-Jul-2019
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
09-Oct-2019
Completion Date
09-Oct-2019
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ISO/ASTM 52902:2019 - Additive manufacturing -- Test artifacts -- Geometric capability assessment of additive manufacturing systems
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ISO/ASTM 52902:2019 - Fabrication additive -- Pieces types d'essai -- Évaluation de la capacité géométrique des systemes de fabrication additive
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INTERNATIONAL ISO/ASTM
STANDARD 52902
First edition
2019-07
Additive manufacturing —
Test artifacts — Geometric
capability assessment of additive
manufacturing systems
Fabrication additive — Pièces types d'essai — Évaluation de la
capacité géométrique des systèmes de fabrication additive
Reference number
ISO/ASTM 52902:2019(E)
ISO/ASTM International 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/ASTM 52902:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO/ASTM International 2019

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may be

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the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address below

or ISO’s member body in the country of the requester. In the United States, such requests should be sent to ASTM International.

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Email: copyright@iso.org Email: khooper@astm.org
Website: www.iso.org Website: www.astm.org
Published in Switzerland
ii © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/ASTM 52902:2019(E)
Contents Page

Foreword ..........................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Significance and use .......................................................................................................................................................................................... 2

4.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

4.2 Comparing results from one machine ................................................................................................................................. 2

5 General principles for producing artifacts ................................................................................................................................ 2

5.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

5.2 Need to use feedstock conforming to a material specification ...................................................................... 2

5.3 Need to undertake artifact building according to a documented process specification ......... 2

5.4 File formats and preparation ...................................................................................................................................................... 3

5.5 Download files ......................................................................................................................................................................................... 3

5.6 Discussion of file conversion ...................................................................................................................................................... 3

5.7 AMF preferred (with conversion instructions/ resolutions) .......................................................................... 3

5.8 Need for test specification and test process .................................................................................................................. 3

5.9 Quantity of test artifacts ................................................................................................................................................................. 3

5.10 Position and orientation of test artifacts .......................................................................................................................... 4

5.11 Considerations for orientation .................................................................................................................................................. 4

5.12 Labelling ....................................................................................................................................................................................................... 4

5.13 Coverage ....................................................................................................................................................................................................... 4

5.14 Arrays .............................................................................................................................................................................................................. 4

5.15 Part consolidation ................................................................................................................................................................................ 4

5.16 Supports and post processing .................................................................................................................................................... 5

6 General principles for measuring artifacts .............................................................................................................................. 5

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

6.2 Measure parts as built ...................................................................................................................................................................... 5

6.3 Measurement strategy ...................................................................................................................................................................... 5

6.4 Measurement uncertainty ............................................................................................................................................................. 6

7 Artifact geometries ............................................................................................................................................................................................ 6

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 6

7.2 Accuracy ........................................................................................................................................................................................................ 6

7.2.1 Linear artifact ..................................................................................................................................................................... 6

7.2.2 Circular artifact ................................................................................................................................................................. 8

7.3 Resolution ................................................................................................................................................................................................10

7.3.1 Resolution pins ...............................................................................................................................................................10

7.3.2 Resolution holes ............................................................................................................................................................11

7.3.3 Resolution rib ..................................................................................................................................................................13

7.3.4 Resolution slot ................................................................................................................................................................15

7.4 Surface texture .....................................................................................................................................................................................17

7.4.1 Purpose .................................................................................................................................................................................17

7.4.2 Geometry .............................................................................................................................................................................17

7.4.3 Measurement ...................................................................................................................................................................18

7.4.4 Reporting .............................................................................................................................................................................19

7.4.5 Considerations ................................................................................................................................................................19

7.5 Labelling ....................................................................................................................................................................................................20

7.5.1 Purpose .................................................................................................................................................................................20

7.5.2 Geometry .............................................................................................................................................................................20

7.5.3 Considerations ................................................................................................................................................................21

Annex A (informative) Example artifact configurations ...............................................................................................................22

Annex B (informative) Measurement techniques ................................................................................................................................25

© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved iii
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ISO/ASTM 52902:2019(E)

Annex C (informative) Measurement procedures................................................................................................................................28

Annex D (informative) List of specimen names and sizes ...........................................................................................................34

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................36

iv © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved
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ISO/ASTM 52902:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by ISO/TC 261, Additive manufacturing, in cooperation with

ASTM Committee F42, Additive Manufacturing Technologies, on the basis of a partnership agreement

between ISO and ASTM International with the aim to create a common set of ISO/ASTM standards on

additive manufacturing.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO/ASTM 52902:2019(E)
Additive manufacturing — Test artifacts — Geometric
capability assessment of additive manufacturing systems
1 Scope

This document covers the general description of benchmarking test piece geometries along with

quantitative and qualitative measurements to be taken on the benchmarking test piece(s) to assess the

performance of additive manufacturing (AM) systems.
This performance assessment can serve the following two purposes:
— AM system capability evaluation;
— AM system calibration.

The benchmarking test piece(s) is (are) primarily used to quantitatively assess the geometric

performance of an AM system. This document describes a suite of test geometries, each designed to

investigate one or more specific performance metrics and several example configurations of these

geometries into test piece(s). It prescribes quantities and qualities of the test geometries to be measured

but does not dictate specific measurement methods. Various user applications can require various grades

of performance. This document discusses examples of feature configurations, as well as measurement

uncertainty requirements, to demonstrate low and high grade examination and performance. This

document does not discuss a specific procedure or machine settings for manufacturing a test piece,

which are covered by ASTM F 2971 and other relevant process specific specifications.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO/ASTM 52900, Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary

ISO/ASTM 52921, Standard terminology for additive manufacturing — Coordinate systems and test

methodologies
ASME B46.1, Surface Texture (Surface Roughness, Waviness and Lay)
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/ASTM 52900 and

ISO/ASTM 52921 apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 1
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ISO/ASTM 52902:2019(E)
4 Significance and use
4.1 General

Measurements and observations described in this document are used to assess the performance of an

AM system with a given system set-up and process parameters, in combination with a specific feedstock

material.

The primary characterization of the AM system obtained by this document is via geometric accuracy,

surface finish and minimum feature sizes of the benchmarking test piece(s).
4.2 Comparing results from one machine

The test piece(s) can be built and measured for example when the new machine is installed. The test

piece(s) may be used to periodically evaluate the performance or diagnose a fault in one AM system, for

example, after system maintenance or as defined by the requirements of a quality system.

The test piece(s) described in this test method may be used as a demonstration of capabilities for a

contract between a buyer and seller of AM parts or AM systems.

Data from the measurements described in this document can be used to gauge the impact of new

process parameters or material on the AM system performance.

Certain test geometries may be included with every build on a particular AM system to help establish

performance traceability. Depending on the needs of the end user, not all test artifacts need to be built,

and individual test artifacts can be built separately if required.
5 General principles for producing artifacts
5.1 General

This clause outlines principles applicable for producing all of the test artifact geometries in this

document. Reporting requirements are previewed in connection with the production steps in this

clause, but more details about recording and reporting can be found with the individual artifact

descriptions given in Clause 7.
5.2 Need to use feedstock conforming to a material specification

In order to ensure repeatable results, the use of a quality feedstock material is needed. A feedstock

material specification should be selected or determined by the end user and the feedstock used for test

artifact trials should match said specification. For example, the specification may include the particulate

properties (particle size, size distribution, morphology) for powder feedstock, bulk properties (such as

flow) and chemical properties (such as chemical composition and level of contamination). Although the

details of the material specification shall not be disclosed (unless otherwise agreed between supplier

and purchaser), it should be documented by the producer and reported with a unique alphanumeric

designation as specified by ASTM F2971: 2013, Annex A1, element “B”. For powder-based processes, the

material specification should specifically address limitations of powder re-use and percent of virgin/

re-used powder.
5.3 Need to undertake artifact building according to a documented process
specification

The processing of the material in the AM system should be undertaken according to a documented

process specification/manufacturing plan, as specified by ASTM F2971: 2013, Annex A1, element “C”.

This may be a proprietary internal standard or external standard (subject to buyer/seller negotiations),

but the producer should document user-definable settings and conditions surrounding the building of

parts. For example, it should document the layer thickness, build strategies (e.g. scan path, tool path,

2 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved
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ISO/ASTM 52902:2019(E)

and/or scan parameters), temperatures, etc. used during the build. This process should be consistent

for all test artifacts produced within one build. These recommendations can be different for each use,

so the parameters in the process specification should be agreed between the vendor and end user.

5.4 File formats and preparation

The file formats used and steps of the digital file preparation including slice parameters should be

included in the process specification. Care shall be taken during the creation and transfer of data files

to avoid degradation of the model. Any discrepancy between these affects the outcome of tests on

the artifacts and for this reason, best practice for the control of the file formats and preparation is

discussed here.
5.5 Download files

The 3D digital models for standard test artifact geometries can be downloaded in *.step format at https:

//standards .iso .org/iso/52902/ed -1/en. For a complete list of available files, please see Annex D.

5.6 Discussion of file conversion

When a CAD model is converted to AMF, STL (or any intermediate file format), sufficient fidelity shall

be maintained to ensure that the test artifact produced from it fairly reflects the capabilities of the

AM system under assessment. The file conversion tolerance selected should ensure that the maximum

deviation of the data from the nominal CAD model is less than one quarter and, based on good

measurement practice, ideally less than one tenth of the expected accuracy of the AM system being

assessed. Currently, most additive manufacturing equipment cannot produce features with a resolution

better than 10 µm, therefore CAD models are saved to STL/AMF ensuring at least a 2,5 µm accuracy

or better. This is only general guidance and should be confirmed for the specific output system. It is

recommended that users check the maximum deviation and record the conversion parameters used, as

well as any maximum deviation (chord height and angular tolerance).

Files should not be scaled up or down either during conversion or afterward. Machine correction

factors (e.g. offsets, axis scaling, etc.) may be used and should be documented as part of the process

specification.
5.7 AMF preferred (with conversion instructions/ resolutions)

The AMF file format as defined by ISO/ASTM 52915 is the preferred model format for test artifact

geometry representation due to its ability to store high fidelity geometry with embedded units in an

intermediate file format.
5.8 Need for test specification and test process

This document forms the basis for the general Test Plan/Specification described in ASTM F2971: 2013,

Annex A1, element “D”, but specifics about its implementation need recording to accurately document

the Test Process (element “E” in Annex A1), used for producing the parts as discussed in Clause 6.

5.9 Quantity of test artifacts

For a complete test of machine performance, two things dictate the quantity of the test artifacts

produced. First, the Test Specification/Test Process shall ensure a quantity of samples, typically no less

than five, so that statistically significant measurements can be made. Second, sufficient coverage (see

5.5) of the build platform needs to be made to account for variations in performance between build

locations. Fewer test artifacts with less complete coverage may be used for spot checks or limited

demonstrations, such as the example detailed in Annex A. The number of artifacts shall be agreed upon

between the buyer and seller and shall permit to perform at least 5 mesurements.
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 3
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ISO/ASTM 52902:2019(E)
5.10 Position and orientation of test artifacts

As per ASTM F2971: 2013, Annex A1, element “F”, it is recommended to report results in combination

with the test artifacts’ build position and orientations according to the convention set forth in

ISO/ASTM 52921.
5.11 Considerations for orientation

Since these test artifacts are intended to reveal the strengths and weaknesses of additive building

techniques, there will be failed build geometries. It is worth considering which features are likely

to fail and place them in a position that minimizes the risk that this leads to an outright failure of

the features/parts/artifacts in the rest of the build. For example, in a powder bed process, it can be

advisable to position parts that are more likely to fail at a higher level in the overall build to reduce the

risk that failed parts or sections of parts impinge on other components in the build or the AM machine

mechanism.
5.12 Labelling

It can be useful to add labels to parts in order to identify respective artifact orientations and positions

in the build. Labelling is summarised in 7.4.
5.13 Coverage

It is important that test artifacts be made with sufficient coverage of the build volume to get representative

data for where real parts are made. Coverage evaluates variability throughout the build volume. This is

best practice for all AM processes and is especially critical for processes that have a “sweet spot” (for

example, some galvanometric laser beam steering systems give more repeatable results in the centre of

the platform). The artifact distribution should span at least 80 % of the machine’s build platform area.

If build location effects are known or deemed irrelevant for the particular trial being performed, then a

single build location may be selected and used, as agreed between vendor and user.

Long artifacts, which reach across the extents of the build, are necessary to detect corrections that are

not linear or are periodic in nature.
5.14 Arrays

Geometry should not be scaled (since this affects the measurement outputs) but may be patterned in an

array to give larger coverage areas. See an example in Figure 2.
5.15 Part consolidation

When arrays of parts are needed for better coverage, it can be most practical to build a single combined

part instead of trying to build arrays of adjacent individual parts. This can be achieved by consolidating

adjacent AMF or STL files prior to slicing and other file preparation steps.

As AM most commonly is a layered process (in z-direction) and often based on pixels (in x/y-direction),

the exact position of the part in the build can affect the test significantly. This is especially true of

artifacts testing machine resolution. A minor translation of the part can influence rounding off issues

influencing whether a specific layer or pixel will build or not. This can be caused during preparation of

the slice file and during orienting the slice file in to the working area in the machine. Results should be

reported in combination with the test artifacts’ build orientations according to the convention set forth

in ISO/ASTM 52921.

With certain AM processes (especially with metals), heat build-up from processing large cross sectional

areas near the test artifacts can affect their geometrical accuracy. Therefore, it is advised that the

manufacturer ensure compliance with specified distances.
4 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved
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ISO/ASTM 52902:2019(E)
5.16 Supports and post processing

Where possible, supports should be avoided or supports which do not impede or affect in any way the

intended measurement should be employed. Supporting strategy, including, but not limited to material,

geometry, removal technique, etc., shall be fully documented in the process specification.

Data reported from this document shall be in the as-built condition prior to any surface or downstream

processing. In the case of unavoidable post-processing undertaken prior to measurement (e.g. removal

of necessary support material), details of the process should be reported as part of the process

specification. The reporting should include a description of any abrasive media and how it was applied

to the surface of the artifacts. In addition, data after additional post-processing treatments (such as

sand blasting of metal parts for example) may be obtained but only if clearly noted and presented

together with as-built measurements.
6 General principles for measuring artifacts
6.1 General

This clause outlines principles applicable for measuring all of the test artifact geometries in this

document. The specific measurements are specified in Clause 7 describing the individual artifact

geometries. This document does not prescribe any specific measurement methods; the measurements

described below can be accomplished by a variety of techniques and devices (e.g. coordinate measuring

machine, optical scanner, dial indicators with calibrated motion devices, surface profilometers, etc.).

ISO 17296-3 can be used to improve communication between stakeholders concerning test methods.

Reporting requirements are previewed in connection with the measurement steps in this clause but

more details about recording and reporting can be found in Annexes B and C.
6.2 Measure parts as built

The test artifact should be allowed to cool to room temperature and then measured directly after it is

removed from the system used to build it, before any post-processing i
...

NORME ISO/ASTM
INTERNATIONALE 52902
Première édition
2019-07
Fabrication additive — Pièces types
d'essai — Évaluation de la capacité
géométrique des systèmes de
fabrication additive
Additive manufacturing — Test artifacts — Geometric capability
assessment of additive manufacturing systems
Numéro de référence
ISO/ASTM 52902:2019(F)
ISO/ASTM International 2019
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/ASTM 52902:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO/ASTM International 2019

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou un intranet, sans autorisation écrite soit de l’ISO à l’adresse ci-après,

soit d’un organisme membre de l’ISO dans le pays du demandeur. Aux États-Unis, les demandes doivent être adressées à ASTM

International.
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Publié en Suisse
ii © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO/ASTM 52902:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Portée et utilisation ........................................................................................................................................................................................... 2

4.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

4.2 Comparaison de résultats d’une machine ....................................................................................................................... 2

5 Principes généraux pour la production de pièces types d’essai ......................................................................... 2

5.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

5.2 Nécessité d’utiliser une matière première conforme à la spécification du matériau ................ 2

5.3 Nécessité de mise en œuvre d’une intégration de pièce type d’essai conformément

à une spécification de procédé documentée ................................................................................................................. 3

5.4 Formats de fichier et préparation ........................................................................................................................................... 3

5.5 Téléchargement des fichiers........................................................................................................................................................ 3

5.6 Discussion sur la conversion de fichier ............................................................................................................................. 3

5.7 Format AMF privilégié (avec instructions/résolutions de conversion) ................................................ 3

5.8 Nécessité d’une spécification d’essai et d’un procédé d’essai ........................................................................ 4

5.9 Quantité de pièces types d'essai .............................................................................................................................................. 4

5.10 Position et orientation des pièces types d'essai ......................................................................................................... 4

5.11 Considérations pour l’orientation .......................................................................................................................................... 4

5.12 Étiquetage ................................................................................................................................................................................................... 4

5.13 Couverture .................................................................................................................................................................................................. 4

5.14 Gammes ......................................................................................................................................................................................................... 5

5.15 Consolidation de pièce ..................................................................................................................................................................... 5

5.16 Supports et post-traitement ........................................................................................................................................................ 5

6 Principes généraux pour la mesure de pièces types d’essai ................................................................................... 5

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

6.2 Mesure de pièces à l’état fabriqué .......................................................................................................................................... 6

6.3 Stratégie de mesure ............................................................................................................................................................................ 6

6.4 Incertitude de mesure ...................................................................................................................................................................... 6

7 Géométries de pièce type d’essai ........................................................................................................................................................ 6

7.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 6

7.2 Exactitude .................................................................................................................................................................................................... 7

7.2.1 Pièce type d’essai linéaire ........................................................................................................................................ 7

7.2.2 Pièce type d’essai circulaire ................................................................................................................................... 8

7.3 Résolution ................................................................................................................................................................................................10

7.3.1 Tiges de résolution ......................................................................................................................................................10

7.3.2 Trous de résolution.....................................................................................................................................................12

7.3.3 Nervure de résolution ..............................................................................................................................................13

7.3.4 Fente de résolution .....................................................................................................................................................16

7.4 Texture de surface .............................................................................................................................................................................18

7.4.1 Objectif ..................................................................................................................................................................................18

7.4.2 Géométrie ...................................................................... ......................................................................................................19

7.4.3 Mesure ...................................................................................................................................................................................20

7.4.4 Rapport .................................................................................................................................................................................20

7.4.5 Considérations ................................................................................................................................................................21

7.5 Plaquette d’identification ...........................................................................................................................................................21

7.5.1 Objectif ..................................................................................................................................................................................21

7.5.2 Géométrie ...................................................................... ......................................................................................................22

7.5.3 Considérations ................................................................................................................................................................22

Annexe A (informative) Exemple de configurations de pièce type d’essai.................................................................23

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ISO/ASTM 52902:2019(F)

Annexe B (informative) Techniques de mesure .....................................................................................................................................26

Annexe C (informative) Procédures de mesure ......................................................................................................................................30

Annexe D (informative) Liste de noms et de dimensions d’échantillon .......................................................................36

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................38

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ISO/ASTM 52902:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.

Le présent document a été élaboré par l’ISO/TC 261, Fabrication additive, en coopération avec

l’ASTM F 42, Technologies de fabrication additive, dans le cadre d’un accord de partenariat entre l’ISO et

ASTM International dans le but de créer un ensemble de normes ISO/ASTM sur la fabrication additive.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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NORME INTERNATIONALE ISO/ASTM 52902:2019(F)
Fabrication additive — Pièces types d'essai — Évaluation
de la capacité géométrique des systèmes de fabrication
additive
1 Domaine d'application

Le présent document couvre la description générale du benchmarking de géométries d’éprouvette ainsi

que les mesures quantitatives et qualitatives à appliquer à la ou aux éprouvettes de benchmarking afin

d’évaluer les performances de systèmes de fabrication additive (FA).
Cette évaluation de performances peut servir aux deux fins suivantes:
— Évaluation de la capacité du système FA;
— Étalonnage du système FA.

La ou les éprouvettes de benchmarking sont utilisées principalement pour évaluer quantitativement

les performances géométriques d’un système FA. Le présent document décrit une suite de géométries

d’essai, chacune conçue pour examiner une ou plusieurs mesures de performances spécifiques, ainsi que

plusieurs configurations d’exemple de ces géométries au sein d’une ou plusieurs éprouvettes. Il prescrit

les quantités et qualités des géométries d’essai à mesurer, mais ne stipule pas de méthodes de mesure

spécifiques. Différentes applications d’utilisateur peuvent exiger différents niveaux de performances.

Le présent document donne des exemples de configurations de forme ainsi que des exigences

d’incertitude de mesure afin de faire la démonstration d’un examen et de performances de niveau bas

et élevé. Le présent document ne donne pas de procédure ou de réglages de machine spécifiques pour la

fabrication d’une éprouvette qui sont couverts par l’ASTM F2971 et à d’autres spécifications de procédé

pertinentes.
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur

contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.

Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les

éventuels amendements).

ISO/ASTM 52900, Fabrication additive — Principes généraux — Principes essentiels et vocabulaire

ISO/ASTM 52921, Terminologie normalisée pour la fabrication additive — Systèmes de coordonnées et

méthodes d'essai
ASME B46.1, Texture de surface (Rugosité, ondulation et stries de surface)
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés de l’ISO/ASTM 52900 et de

l’ISO/ASTM 52921 s’appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
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ISO/ASTM 52902:2019(F)
4 Portée et utilisation
4.1 Généralités

Les mesures et observations décrites dans le présent document sont utilisées pour évaluer la

performance d’un système FA ayant une configuration de système et des paramètres de procédé

donnés, en combinaison avec une matière première spécifique.

La caractérisation principale du système FA obtenue par le présent document est effectuée en fonction

de l'exactitude géométrique, la finition de surface et les dimensions de forme minimales de la ou des

éprouvettes de benchmarking.
4.2 Comparaison de résultats d’une machine

La ou les éprouvettes peuvent être fabriquées et mesurées, par exemple, quand la nouvelle machine est

installée. La ou les éprouvettes peuvent être utilisées pour périodiquement évaluer les performances

ou diagnostiquer un défaut dans un système FA, par exemple, après une maintenance du système ou tel

que défini par les exigences d’un système de qualité.

La ou les éprouvettes décrites dans cette méthode d’essai peuvent être utilisées pour démontrer les

capacités d’un contrat entre un acheteur et un vendeur de pièces FA ou de systèmes FA.

Les données provenant des mesures décrites dans le présent document peuvent être utilisées pour évaluer

l’impact de nouveaux paramètres de procédé ou d’un matériau sur les performances du système FA.

Certaines géométries d’essai peuvent être incluses à chaque fabrication d’un système FA particulier

pour aider à établir la traçabilité des performances. En fonction des besoins de l’utilisateur final, il n’est

pas nécessaire d’intégrer toutes les pièces types d'essai et des pièces types d'essai individuelles peuvent

être intégrées séparément si nécessaire.
5 Principes généraux pour la production de pièces types d’essai
5.1 Généralités

Cet article définit des principes applicables à la production de toutes les géométries de pièce type d’essai

dans le présent document. Les exigences de reporting constituent un aperçu en relation avec les étapes

de production dans cet article, mais plus de détails sur la consignation et le reporting se trouvent dans

les descriptions de pièce type d’essai individuelle données à l’Article 7.

5.2 Nécessité d’utiliser une matière première conforme à la spécification du matériau

Pour garantir la répétabilité des résultats, l’utilisation d'une matière première de qualité est nécessaire.

Il convient que l'utilisateur final détermine une spécification de la matière première et il convient que

la matière première utilisée pour la pièce type d’essai corresponde à ladite spécification. Par exemple,

la spécification peut inclure les propriétés particulaires (dimension des particules, granulométrie,

morphologie) pour les matières premières en poudre, les propriétés du vrac (telles que l’écoulement) et

les propriétés chimiques (telles que la composition chimique et le niveau de contamination). Bien que

les détails de la spécification du matériau ne doivent pas être divulgués (sauf accord contraire entre

le fournisseur et l’acheteur), il convient qu'elle soit documentée par le producteur et notée avec une

désignation alphanumérique unique comme spécifié par l’ASTM F2971: 2013, Annexe A1, élément «B».

Pour les procédés à base de poudre, il convient que la spécification du matériau aborde spécifiquement

les limitations de réutilisation de poudre et le pourcentage de poudre vierge/poudre réutilisée.

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ISO/ASTM 52902:2019(F)

5.3 Nécessité de mise en œuvre d’une intégration de pièce type d’essai conformément à

une spécification de procédé documentée

Il convient que le traitement du matériau dans le système FA soit mis en œuvre conformément à une

spécification de procédé/un plan de fabrication documenté, tel que spécifié par l’ASTM 2971:2013,

Annexe A1, élément «C». Il peut s’agir d’une norme interne propriétaire ou d’une norme externe (sujet à

négociations acheteur/vendeur), mais il convient que le producteur documente les réglages et conditions

définissables par l’utilisateur relatives la fabrication de pièces. Par exemple, il convient qu’il documente

les paramètres d’épaisseur de couche, les stratégies de fabrication (par exemple, axe de balayage,

axe d’outil et/ou paramètres de balayage), les températures, etc. utilisés pendant la fabrication. Il

convient que ce procédé soit constant pour toutes les pièces types d'essai produites au sein d’une même

fabrication. Ces recommandations peuvent varier d’une utilisation à l’autre, ainsi il convient que les

paramètres dans la spécification de procédé soient convenus entre le vendeur et l’utilisateur final.

5.4 Formats de fichier et préparation

Il convient que les formats de fichier utilisés et les étapes de préparation du fichier numérique, y

compris les paramètres de découpe, soient inclus à la spécification de procédé. Des précautions doivent

être prises lors de la création et du transfert des fichiers de données pour éviter la dégradation du

modèle. Toute incohérence entre les deux affecte le résultat des essais sur les pièces types d’essai,

raison pour laquelle les bonnes pratiques relatives au contrôle des formats de fichier et à la préparation

sont discutées ici.
5.5 Téléchargement des fichiers

Les modèles numériques 3D pour les géométries de pièce type d’essai standards peuvent être

téléchargés au format *.step sur https: //standards .iso .org/iso/52902/ed -1/en. Pour une liste complète

des fichiers disponibles, voir l’Annexe D.
5.6 Discussion sur la conversion de fichier

Quand un modèle CAO est converti au format AMF, STL (ou tout autre format de fichier intermédiaire),

une fidélité suffisante doit être assurée afin de garantir que la pièce type d’essai ainsi produite

reflète bien les capacités du système FA évalué. Il convient que la tolérance de conversion de fichier

sélectionnée garantisse que l’écart maximal des données est inférieur d’un quart par rapport au modèle

CAO nominal et, en supposant de bonnes pratiques de mesure, idéalement moins d’un dixième de

l'exactitude attendue du système FA évalué. Actuellement, la plupart des équipements de fabrication

additive ne peuvent pas produire de formes d’une résolution supérieure à 10 µm, raison pour laquelle

les modèles CAO sont enregistrés au format STL/AMF afin de garantir une précision d’au moins 2,5 µm.

Il s’agit des seules préconisations générales, et il convient qu’elles soient confirmées pour le système

de sortie spécifique. Il est recommandé que les utilisateurs vérifient l’écart maximal et consignent

les paramètres de conversion utilisés ainsi que tout écart maximal (hauteur de corde et tolérance

angulaire).

Il convient que l’échelle des modèles ne soit pas augmentée ou réduite pendant la conversion ou après

celle-ci. Des facteurs de correction de machine (par exemple, décalages, mise à l’échelle d’axe, etc.)

peuvent être utilisés et il convient qu’ils soient documentés comme faisant partie de la spécification de

procédé.
5.7 Format AMF privilégié (avec instructions/résolutions de conversion)

Le format de fichier tel que défini par l'ISO/ASTM 52915 est le format de modèle privilégié pour la

représentation de géométrie de pièce type d’essai en raison de sa capacité à stocker une géométrie

haute-fidélité avec des unités intégrées au sein d’un format de fichier intermédiaire.

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5.8 Nécessité d’une spécification d’essai et d’un procédé d’essai

Le présent document établit la base du Plan/spécification d’essai général décrit dans l‘ASTM F2971: 2013,

Annexe A1, élément «D», mais les spécificités de son implémentation nécessitent être consignées afin

de documenter avec précision le Procédé d'essai (élément «E» de l’Annexe A1) utilisé pour la production

des pièces évoquées à l’Article 6.
5.9 Quantité de pièces types d'essai

Pour un essai complet des performances de la machine, deux éléments dictent la quantité de pièces

types d'essai produites. Premièrement, la spécification d’essai/le procédé d’essai doit garantir une

certaine quantité d’échantillons, généralement pas moins de cinq, de manière à pouvoir réaliser

des mesures statiquement significatives. Deuxièmement, une couverture suffisante (voir 5.5) de la

plateforme de fabrication nécessite d’être assurée pour tenir compte des variations de performances

entre les différents emplacements de fabrication. Une quantité inférieure de pièces types d'essai avec

une couverture moins complète peut être utilisée pour des contrôles ponctuels ou des démonstrations

limitées, tel que l’exemple détaillé en Annexe A. Le nombre de pièces types d’essai doit être convenu

entre l’acheteur et le vendeur et doit permettre de réaliser au moins 5 mesures.
5.10 Position et orientation des pièces types d'essai

Selon l’ASTM F2971: 2013, Annexe A1, élément «F», il est recommandé de faire le rapport de résultats en

combinaison avec la position et les orientations de fabrication des pièces types d'essai conformément à

la convention définie dans l’ISO/ASTM 52921.
5.11 Considérations pour l’orientation

Dans la mesure où ces pièces types d'essai sont censées révéler les points forts et faiblesses des

techniques de fabrication additive, certaines géométries de fabrication échoueront. Cela vaut la peine

de tenir compte des formes susceptibles d’échouer et de les placer dans une position minimisant le

risque qui conduit à une défaillance totale des formes/pièces/pièces types d’essai dans le reste de la

fabrication. Par exemple, pour un procédé sur lit de poudre, il peut être judicieux de positionner les

pièces les plus susceptibles d’échouer à un niveau plus élevé de l’ensemble de la fabrication afin de

réduire le risque d’empiétement de parties ou sections défaillantes des pièces sur d’autres composants

dans la fabrication ou dans le mécanisme de la machine FA.
5.12 Étiquetage

Il peut être utile d’ajouter des étiquettes aux pièces afin d’identifier les orientations et positions de pièce

type d’essai respectives dans la fabrication. L’étiquetage est résumé en 7.4.
5.13 Couverture

Il est important que les pièces types d'essai soient réalisées avec une couverture suffisante du volume de

fabrication pour obtenir des données représentatives pour la fabrication de pièces réelles. La couverture

évalue la variabilité sur l’ensemble du volume de fabrication. Il s’agit d’une bonne pratique pour tous

les procédés de FA qui est particulièrement importante pour les procédés ayant un «sweet spot», ou

«point idéal» (certains systèmes laser galvanométriques fournissent, par exemple, des résultats plus

facilement répétables au centre de la plateforme). Il convient que la distribution de pièce type d’essai

s’étende sur au moins 80 % de la surface de la plateforme de fabrication de la machine. Si les effets

de l’emplacement de fabrication sont connus ou considérés comme négligeables pour l’essai particulier

réalisé, alors un emplacement de fabrication simple peut être choisi et utilisé comme convenu entre le

vendeur et l’utilisateur.

De longues pièces types d’essai s’étendant sur toute la surface de fabrication sont nécessaires pour

détecter les corrections qui ne sont pas linéaires ou qui sont de nature périodique.

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ISO/ASTM 52902:2019(F)
5.14 Gammes

Il convient de ne pas mettre la géométrie à l’échelle (car cela affecte les sorties de mesure) mais peut

être arrangée sous forme de gamme pour offrir des zones de couverture plus importantes. Voir un

exemple à la Figure 2.
5.15 Consolidation de pièce

Lorsque des gammes de pièces sont nécessaires pour une meilleure couverture, il peut être plus

pratique de fabriquer une pièce combinée unique au lieu d’essayer de fabriquer des gammes de pièces

individuelles adjacentes. Cela peut être obtenu en consolidant les fichiers AMF ou STL adjacents avant la

découpe et d'autres étapes de préparation du fichier.

Comme la FA est le plus souvent un procédé en couches (suivant la direction z) souvent basé sur des

pixel
...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.