Additive manufacturing — System performance and reliability — Acceptance tests for laser metal powder-bed fusion machines for metallic materials for aerospace application

This document specifies requirements and test methods for the qualification and re-qualification of laser beam machines for metal powder bed fusion additive manufacturing for aerospace applications. It can also be used to verify machine features during periodic inspections or following maintenance and repair activities.

Fabrication additive — Performance et fiabilité du système — Essais de réception pour machines de fusion laser sur lit de poudre pour les matériaux métalliques pour l’application aérospatiale

Le présent document spécifie les exigences et les méthodes d'essai pour la qualification et la requalification des machines à faisceau laser pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre métallique dans les applications aérospatiales. Il peut également être utilisé pour vérifier les fonctionnalités de la machine lors des inspections périodiques ou à la suite d'activités de maintenance ou de réparation.

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Publication Date
15-Nov-2020
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
16-Nov-2020
Completion Date
16-Nov-2020
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ISO/ASTM 52941:2020 - Additive manufacturing -- System performance and reliability -- Acceptance tests for laser metal powder-bed fusion machines for metallic materials for aerospace application
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ISO/ASTM 52941:2020 - Fabrication additive -- Performance et fiabilité du système -- Essais de réception pour machines de fusion laser sur lit de poudre pour les matériaux métalliques pour l’application aérospatiale
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ISO/ASTM FDIS 52941:Version 13-okt-2020 - Additive manufacturing -- System performance and reliability -- Acceptance tests for laser metal powder-bed fusion machines for metallic materials for aerospace application
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ISO/ASTM FDIS 52941:Version 13-okt-2020 - Fabrication additive -- Performance et fiabilité du systeme -- Essais de réception pour machines de fusion laser sur lit de poudre pour les matériaux métalliques pour l’application aérospatiale
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO/ASTM
STANDARD 52941
First edition
2020-11
Additive manufacturing — System
performance and reliability —
Acceptance tests for laser metal
powder-bed fusion machines for
metallic materials for aerospace
application
Fabrication additive — Performance et fiabilité du système — Essais
de réception pour machines de fusion laser sur lit de poudre pour les
matériaux métalliques pour l’application aérospatiale
Reference number
ISO/ASTM 52941:2020(E)
ISO/ASTM International 2020
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ISO/ASTM 52941:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on

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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Published in Switzerland
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ISO/ASTM 52941:2020(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

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

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

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

4 Equipment ................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Environmental and operational conditions ............................................................................................................................. 2

6 Qualification testing .......................................................................................................................................................................................... 2

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

6.2 Laser beam tests .................................................................................................................................................................................... 2

6.2.1 Testing the laser power for continuous wave lasers ......................................................................... 2

6.2.2 Testing the laser power stability for continuous wave lasers ................................................... 3

6.2.3 Testing of pulsed wave lasers ............................................................................................................................... 3

6.2.4 Evaluation of the laser beam characteristics ........................................................................................... 3

6.2.5 Evaluation of the minimum laser beam waist position in different working

plane locations ................................................................................................................................................................... 3

6.2.6 Evaluation of the thermal stability of the minimum beam waist position .................... 3

6.2.7 Testing the laser beam position .......................................................................................................................... 4

6.2.8 Trajectory accuracy ....................................................................................................................................................... 4

6.2.9 Scanning speed .................................................................................................................................................................. 4

6.2.10 Requirements for equipment with multiple laser beam sources .......................................... 4

6.3 Mechanical function test ................................................................................................................................................................. 5

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

6.3.2 Build platform positioning ...................................................................................................................................... 5

6.3.3 Feeding platform positioning ................................................................................................................................ 5

6.3.4 Other powder feed processing mechanics................................................................................................. 5

6.3.5 Movement of the powder spreading device ............................................................................................. 5

6.4 Heating system ........................................................................................................................................................................................ 5

6.5 Atmosphere inside the working space ............................................................................................................................... 5

6.6 Data recording ......................................................................................................................................................................................... 6

6.7 Safety systems ......................................................................................................................................................................................... 6

6.8 Optional tests ........................................................................................................................................................................................... 6

6.8.1 Demonstrators and test artifacts ....................................................................................................................... 6

6.8.2 Build area assessment ................................................................................................................................................. 6

6.8.3 Gas flow test by hot wire anemometer ......................................................................................................... 7

6.9 Requalification ........................................................................................................................................................................................ 8

7 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 8

Annex A (informative) Example of a test report ....................................................................................................................................10

Annex B (informative) Geometric pattern for the trajectory accuracy test ..............................................................11

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(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 F 42,

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.
iv © ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO/ASTM 52941:2020(E)
Additive manufacturing — System performance and
reliability — Acceptance tests for laser metal powder-
bed fusion machines for metallic materials for aerospace
application
1 Scope

This document specifies requirements and test methods for the qualification and re-qualification of

laser beam machines for metal powder bed fusion additive manufacturing for aerospace applications.

It can also be used to verify machine features during periodic inspections or following maintenance

and repair activities.
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 11146 (all parts), Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence

angles and beam propagation ratios

ISO 11554, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam

power, energy and temporal characteristics

ISO/ASTM 52900, Additive manufacturing — General principles — Part 1: Fundamentals and vocabulary

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

methodologies
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/ASTM 52900, ISO/ASTM 52921

and the following 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/
3.1
scanning speed

relative linear speed of the laser beam movement in the plane of the build platform (working plane)

3.2
warm-up time

time from switching on the machine until the build cycle can be started, as specified by the machine

manufacturer
3.3
feeding platform

platform that moves incrementally to supply powder to the powder spreading device (3.4)

© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(E)
3.4
powder spreading device

powder supply mechanism, which distributes and evenly spreads the powder on the build surface

3.5
rated laser power
the maximum power capability as specified by the laser manufacturer
3.6
minimum beam waist position

focal spot location at which the beam has the most concentrated energy and the smallest cross

sectional area
4 Equipment

Equipment shall be installed, operated and maintained according to the documented instructions.

5 Environmental and operational conditions

The environmental and operational conditions during qualification testing shall meet the requirement

ranges if specified by the machine manufacturer and shall conform to the conditions which are specified

by a machine user during production, as examples the following:
a) temperature;
b) humidity;

c) services/utilities (e.g. supply of electrical power, compressed air, shielding gas, water);

d) shocks/vibrations;
e) chamber pressure
f) process gas purity.

Health and safety measures relating to laser radiation and to fire and explosion protection shall be

observed.
6 Qualification testing
6.1 General

The qualification testing of laser beam machines for metal powder bed fusion additive manufacturing

shall comprise as a minimum the requirements specified in 6.2 to 6.7.

The measurement shall be performed with a calibrated measuring instrument according to the

measuring instrument instructions.
6.2 Laser beam tests
6.2.1 Testing the laser power for continuous wave lasers

The laser power shall be measured. The measurement should be performed according to ISO 11554, as

applicable.

The nominal machine power settings shall be compared with the actual values. The measurement shall

be performed with a calibrated measuring instrument at the point of use (i.e. inside the build chamber).

The instrument shall be capable of accurate measurement of the actual laser power range.

2 © ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(E)
The
...

NORME ISO/ASTM
INTERNATIONALE 52941
Première édition
2020-11
Fabrication additive — Performance
et fiabilité du système — Essais
de réception pour machines de
fusion laser sur lit de poudre pour
les matériaux métalliques pour
l’application aérospatiale
Additive manufacturing — System performance and reliability —
Acceptance tests for laser metal powder-bed fusion machines for
metallic materials for aerospace application
Numéro de référence
ISO/ASTM 52941:2020(F)
ISO/ASTM International 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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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 2020 – Tous droits réservés
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ISO/ASTM 52941:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

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

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

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

4 Équipement ................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Conditions environnementales et opérationnelles .......................................................................................................... 2

6 Essais de qualification .................................................................................................................................................................................... 2

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

6.2 Essais de faisceau laser .................................................................................................................................................................... 3

6.2.1 Essais de puissance laser pour les lasers à ondes entretenues ............................................... 3

6.2.2 Essais de stabilité de la puissance laser pour les lasers à ondes entretenues ............ 3

6.2.3 Essais des lasers à impulsion ................................................................................................................................ 3

6.2.4 Évaluation des caractéristiques du faisceau laser .............................................................................. 3

6.2.5 Évaluation de la position minimale du col du faisceau laser en différents

endroits du plan de travail ...................................................................................................................................... 3

6.2.6 Évaluation de la stabilité thermique de la position minimale du col du faisceau.... 4

6.2.7 Essais de la position du faisceau laser .......................................................................................................... 4

6.2.8 Exactitude de la trajectoire ..................................................................................................................................... 4

6.2.9 Vitesse de balayage ........................................................................................................................................................ 4

6.2.10 Exigences pour les équipements ayant des sources de faisceau laser multiples ..... 5

6.3 Essai de fonction mécanique ....................................................................................................................................................... 5

6.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

6.3.2 Positionnement de la plateforme de fabrication .................................................................................. 5

6.3.3 Positionnement de la plateforme d’alimentation ................................................................................ 5

6.3.4 Autres procédés d’alimentation en poudre .............................................................................................. 6

6.3.5 Mouvement du dispositif d’étalement de la poudre.......................................................................... 6

6.4 Système de chauffage ........................................................................................................................................................................ 6

6.5 Atmosphère à l'intérieur de l’espace de travail .......................................................................................................... 6

6.6 Enregistrement des données ...................................................................................................................................................... 6

6.7 Systèmes de sécurité .......................................................................................................................................................................... 6

6.8 Essais facultatifs ..................................................................................................................................................................................... 6

6.8.1 Démonstrateurs et objets d’essai ...................................................................................................................... 6

6.8.2 Evaluation de la zone de fabrication ............................................................................................................... 7

6.8.3 Essai de débit de gaz avec anémomètre à fil chaud ........................................................................... 7

6.9 Requalification ........................................................................................................................................................................................ 8

7 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................... 9

Annexe A (informative) Exemple d’un rapport d'essai ...................................................................................................................10

Annexe B (informative) Motif géométrique de l’essai d’exactitude de la trajectoire ......................................11

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................12

© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(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 le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.

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 commun de normes ISO/ASTM sur la fabrication

additive.

Il convient que tout retour d’information ou questions sur le présent document soit adressé à l'organisme

national de normalisation de l'utilisateur. Une liste complète de ces organismes peut être consultée à

l'adresse www .iso .org/ members .html.
iv © ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO/ASTM 52941:2020(F)
Fabrication additive — Performance et fiabilité du système
— Essais de réception pour machines de fusion laser
sur lit de poudre pour les matériaux métalliques pour
l’application aérospatiale
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les exigences et les méthodes d’essai pour la qualification et la

requalification des machines à faisceau laser pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre

métallique dans les applications aérospatiales.

Il peut également être utilisé pour vérifier les fonctionnalités de la machine lors des inspections

périodiques ou à la suite d’activités de maintenance ou de réparation.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte 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 11146 (toutes les parties), Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d’essai des largeurs

du faisceau, angles de divergence et facteurs de limite de diffraction

ISO 11554, Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai de la

puissance et de l'énergie des faisceaux lasers et de leurs caractéristiques temporelles

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

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

méthodes d’essai
3 Termes et définitions

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

l’ISO/ASTM 52921, ainsi que les suivants, 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:

— Plateforme de navigation ISO en ligne: disponible sur https:// www .iso .org/ obp

— Electropedia de l’IEC: disponible sur http:// www .electropedia .org/
3.1
vitesse de balayage

vitesse linéaire relative du mouvement du faisceau laser dans le plan de la plateforme de fabrication

(plan de travail)
3.2
temps de préchauffage

temps écoulé depuis la mise en marche de la machine jusqu’à ce que le cycle de fabrication puisse être

démarré, tel que spécifié par le fabricant de la machine
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(F)
3.3
plateforme d’alimentation

plateforme qui se déplace par incréments pour alimenter en poudre le dispositif d’étalement de la

poudre (3.4)
3.4
dispositif d’étalement de la poudre

mécanisme d'alimentation en poudre, qui distribue et répartit uniformément la poudre sur la surface

de fabrication
3.5
puissance nominale du laser
capacité maximale de puissance telle que spécifiée par le fabricant du laser
3.6
position minimale du col du faisceau

point focal d’un endroit où le faisceau a l'énergie la plus concentrée et la plus petite surface de section

transversale
4 Équipement

L’équipement doit être installé, mis en fonctionnement et maintenu conformément aux instructions

documentées.
5 Conditions environnementales et opérationnelles

Les conditions environnementales et opérationnelles pendant les essais de qualification doivent

satisfaire aux gammes d’exigences si elles sont spécifiées par le fabricant de la machine et doivent être

conformes aux conditions qui sont spécifiées par un utilisateur de la machine pendant la production,

comme exemples les suivantes:
a) température;
b) humidité;

c) services/réseaux (par exemple, alimentation électrique, air comprimé, gaz de protection, eau);

d) chocs/vibrations;
e) pression de la chambre;
f) pureté du gaz de procédé.

Les mesures de santé et de sécurité relatives à la protection contre le rayonnement laser et contre

l'incendie et l’explosion doivent être observées.
6 Essais de qualification
6.1 Généralités

Les essais de qualification des machines à faisceau laser pour la fabrication additive par fusion sur lit de

poudre métallique doivent comprendre au minimum les exigences spécifiées de 6.2 à 6.7.

La mesure doit être effectuée avec un instrument de mesure étalonné conformément aux instructions

de l'instrument de mesure.
2 © ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO/ASTM 52941:2020(F)
6.2 Essais de faisceau laser
6.2.1 Essais de puissance laser pour les lasers à ondes entretenues

La puissance laser doit être mesurée. Il convient de réaliser la mesure conformément à l’ISO 11554, le

cas échéant.

Les paramètres de puissance nominale de la machine doivent être comparées aux valeurs effectives. La

mesure doit être effectuée avec un instrument de mesure étalonné au point d'utilisation (c'est-à-dire,

à l'intérieur de la chambre de fabrication). L'instrument doit être capable de mesurer précisément la

plage de puissance laser effective.

La mesure de la puissance laser doit être conforme aux exigences de production en couvrant la plage

de puissance type. Si cette plage est inconnue, il est recommandé de mesurer en un minimum de trois

points, comprenant 30 % et 90 % de la puissance laser nominale maximale.

Si cela est spécifié par le fabricant de la machine, un temps de préchauffage doit être appliqué.

6.2.2 Essais de stabilité de la puissance laser pour les lasers à ondes entretenues

Il convient que la stabilité de la puissance laser soit mesurée conformément à l’ISO 11554, le cas échéant.

Si l'ISO 11554 n'est pas applicable, il convient que la procédure suivante soit appliquée. Si un temps

de préchauffage est spécifié, les mesures de stabilité doivent comme
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/ASTM
DRAFT
STANDARD FDIS
52941
ISO/TC 261
Additive manufacturing — System
Secretariat: DIN
performance and reliability —
Voting begins on:
2020­08­25 Acceptance tests for laser metal
powder-bed fusion machines for
Voting terminates on:
2020­10­20
metallic materials for aerospace
application
Fabrication additive — Performance et fiabilité du système — Essais
de réception pour machines de fusion laser sur lit de poudre pour les
matériaux métalliques pour l’application aérospatiale
Member bodies are requested to consult relevant national interests in ISO/TC
44/SC 14 before casting their ballot to the e­Balloting application.
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/ASTM FDIS 52941:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO/ASTM 2020
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Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

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

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

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

4 Equipment ................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Environmental and operational conditions ............................................................................................................................. 2

6 Qualification testing .......................................................................................................................................................................................... 2

6.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 2

6.2 Laser beam tests .................................................................................................................................................................................... 2

6.2.1 Testing the laser power for continuous wave lasers ......................................................................... 2

6.2.2 Testing the laser power stability for continuous wave lasers ................................................... 3

6.2.3 Testing of pulsed wave lasers ............................................................................................................................... 3

6.2.4 Evaluation of the laser beam characteristics ........................................................................................... 3

6.2.5 Evaluation of the minimum laser beam waist position in different working

plane locations ................................................................................................................................................................... 3

6.2.6 Evaluation of the thermal stability of the minimum beam waist position .................... 3

6.2.7 Testing the laser beam position .......................................................................................................................... 4

6.2.8 Trajectory accuracy ....................................................................................................................................................... 4

6.2.9 Scanning speed .................................................................................................................................................................. 4

6.2.10 Requirements for equipment with multiple laser beam sources .......................................... 4

6.3 Mechanical function test ................................................................................................................................................................. 5

6.3.1 General...................................................................................................................................................................................... 5

6.3.2 Build platform positioning ...................................................................................................................................... 5

6.3.3 Feeding platform positioning ................................................................................................................................ 5

6.3.4 Other powder feed processing mechanics................................................................................................. 5

6.3.5 Movement of the powder spreading device ............................................................................................. 5

6.4 Heating system ........................................................................................................................................................................................ 5

6.5 Atmosphere inside the working space ............................................................................................................................... 5

6.6 Data recording ......................................................................................................................................................................................... 6

6.7 Safety systems ......................................................................................................................................................................................... 6

6.8 Optional tests ........................................................................................................................................................................................... 6

6.8.1 Demonstrators and test artifacts ....................................................................................................................... 6

6.8.2 Build area assessment ................................................................................................................................................. 6

6.8.3 Gas flow test by hot wire anemometer ......................................................................................................... 7

6.9 Requalification ........................................................................................................................................................................................ 8

7 Test report ................................................................................................................................................................................................................... 8

Annex A (informative) Example of a test report ....................................................................................................................................10

Annex B (informative) Geometric pattern for the trajectory accuracy test ..............................................................11

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/ASTM FDIS 52941:2020(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 non­governmental, 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 F 42,

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.
iv © ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/ASTM FDIS 52941:2020(E)
Additive manufacturing — System performance and
reliability — Acceptance tests for laser metal powder-
bed fusion machines for metallic materials for aerospace
application
1 Scope

This document specifies requirements and test methods for the qualification and re-qualification of

laser beam machines for metal powder bed fusion additive manufacturing for aerospace applications.

It can also be used to verify machine features during periodic inspections or following maintenance

and repair activities.
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 11146 (all parts), Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam widths, divergence

angles and beam propagation ratios

ISO 11554, Optics and photonics — Lasers and laser-related equipment — Test methods for laser beam

power, energy and temporal characteristics

ISO/ASTM 52900, Additive manufacturing — General principles — Part 1: Fundamentals and vocabulary

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

methodologies
3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/ASTM 52900, ISO/ASTM 52921

and the following 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/
3.1
scanning speed

relative linear speed of the laser beam movement in the plane of the build platform (working plane)

3.2
warm-up time

time from switching on the machine until the build cycle can be started, as specified by the machine

manufacturer
3.3
feeding platform

platform that moves incrementally to supply powder to the powder spreading device (3.4)

© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved 1
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ISO/ASTM FDIS 52941:2020(E)
3.4
powder spreading device

powder supply mechanism, which distributes and evenly spreads the powder on the build surface

3.5
rated laser power
the maximum power capability as specified by the laser manufacturer
3.6
minimum beam waist position

focal spot a location at which the beam has the most concentrated energy and the smallest cross

sectional area
4 Equipment

Equipment shall be installed, operated and maintained according to the documented instructions.

5 Environmental and operational conditions

The environmental and operational conditions during qualification testing shall meet the requirement

ranges if specified by the machine manufacturer and shall conform to the conditions which are specified

by a machine user during production, as examples the following:
a) temperature;
b) humidity;

c) services/utilities (e.g. supply of electrical power, compressed air, shielding gas, water);

d) shocks/vibrations;
e) chamber pressure
f) process gas purity.

Health and safety measures relating to laser radiation and to fire and explosion protection shall be

observed.
6 Qualification testing
6.1 General

The qualification testing of laser beam machines for metal powder bed fusion additive manufacturing

shall comprise as a minimum the requirements specified in 6.2 to 6.7.

The measurement shall be performed with a calibrated measuring instrument according to the

measuring instrument instructions.
6.2 Laser beam tests
6.2.1 Testing the laser power for continuous wave lasers

The laser power shall be measured. The measurement should be performed according to ISO 11554, as

applicable.

The nominal machine power settings shall be compared with the actual values. The measurement shall

be performed with a
...

PROJET
NORME ISO/ASTM
FINAL
INTERNATIONALE FDIS
52941
ISO/TC 261
Fabrication additive — Performance
Secrétariat: DIN
et fiabilité du système — Essais
Début de vote:
2020-08-25 de réception pour machines de
fusion laser sur lit de poudre pour
Vote clos le:
2020-10-20
les matériaux métalliques pour
l’application aérospatiale
Additive manufacturing — System performance and reliability —
Acceptance tests for laser metal powder-bed fusion machines for
metallic materials for aerospace application
Il est demandé aux comités membres de consulter les intérêts nationaux
respectifs concernant l’ISO/TC 44/SC 14 avant de donner leur position sur la
plateforme de e-Balloting.
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
TRAITEMENT PARALLÈLE ISO/CEN
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
TION NATIONALE. ISO/ASTM 2020
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ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO/ASTM International 2020

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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Web: www.iso.org Web: www.astm.org
Publié en Suisse
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ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

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

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

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

4 Équipement ................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Conditions environnementales et opérationnelles .......................................................................................................... 2

6 Essais de qualification .................................................................................................................................................................................... 2

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 2

6.2 Essais de faisceau laser .................................................................................................................................................................... 3

6.2.1 Essais de puissance laser pour les lasers à ondes entretenues ............................................... 3

6.2.2 Essais de stabilité de la puissance laser pour les lasers à ondes entretenues ............ 3

6.2.3 Essais des lasers à impulsion ................................................................................................................................ 3

6.2.4 Évaluation des caractéristiques du faisceau laser .............................................................................. 3

6.2.5 Évaluation de la position minimale du col du faisceau laser en différents

endroits du plan de travail ...................................................................................................................................... 4

6.2.6 Évaluation de la stabilité thermique de la position minimale du col du faisceau.... 4

6.2.7 Essais de la position du faisceau laser .......................................................................................................... 4

6.2.8 Exactitude de la trajectoire ..................................................................................................................................... 4

6.2.9 Vitesse de balayage ........................................................................................................................................................ 4

6.2.10 Exigences pour les équipements ayant des sources de faisceau laser multiples ..... 5

6.3 Essai de fonction mécanique ....................................................................................................................................................... 5

6.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 5

6.3.2 Positionnement de la plateforme de fabrication .................................................................................. 5

6.3.3 Positionnement de la plateforme d’alimentation ................................................................................ 5

6.3.4 Autres procédés d’alimentation en poudre .............................................................................................. 6

6.3.5 Mouvement du dispositif d’étalement de la poudre.......................................................................... 6

6.4 Système de chauffage ........................................................................................................................................................................ 6

6.5 Atmosphère à l'intérieur de l’espace de travail .......................................................................................................... 6

6.6 Enregistrement des données ...................................................................................................................................................... 6

6.7 Systèmes de sécurité .......................................................................................................................................................................... 6

6.8 Essais facultatifs ..................................................................................................................................................................................... 7

6.8.1 Démonstrateurs et objets d’essai ...................................................................................................................... 7

6.8.2 Evaluation de la zone de fabrication ............................................................................................................... 7

6.8.3 Essai de débit de gaz avec anémomètre à fil chaud ........................................................................... 8

6.9 Requalification ........................................................................................................................................................................................ 8

6.10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................... 9

Annexe A (informative) Exemple d’un rapport d'essai ...................................................................................................................10

Annexe B (informative) Motif géométrique de l’essai d’exactitude de la trajectoire ......................................11

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................12

© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés iii
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ISO/ASTM FDIS 52941:2020(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 le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.

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 commun de normes ISO/ASTM sur la fabrication

additive.

Il convient que tout retour d’information ou questions sur le présent document soit adressé à l'organisme

national de normalisation de l'utilisateur. Une liste complète de ces organismes peut être consultée à

l'adresse www .iso .org/ members .html.
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
Fabrication additive — Performance et fiabilité du système
— Essais de réception pour machines de fusion laser
sur lit de poudre pour les matériaux métalliques pour
l’application aérospatiale
1 Domaine d'application

Le présent document spécifie les exigences et les méthodes d’essai pour la qualification et la

requalification des machines à faisceau laser pour la fabrication additive par fusion sur lit de poudre

métallique dans les applications aérospatiales.

Il peut également être utilisé pour vérifier les fonctionnalités de la machine lors des inspections

périodiques ou à la suite d’activités de maintenance ou de réparation.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte 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 11146 (toutes les parties), Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d’essai des largeurs

du faisceau, angles de divergence et facteurs de limite de diffraction

ISO 11554, Optique et photonique — Lasers et équipements associés aux lasers — Méthodes d'essai de la

puissance et de l'énergie des faisceaux lasers et de leurs caractéristiques temporelles

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

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

méthodes d’essai
3 Termes et définitions

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

l’ISO/ASTM 52921, ainsi que les suivants, 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:

— Plateforme de navigation ISO en ligne: disponible sur https:// www .iso .org/ obp

— Electropedia de l’IEC: disponible sur http:// www .electropedia .org/
3.1
vitesse de balayage

vitesse linéaire relative du mouvement du faisceau laser dans le plan de la plateforme de fabrication

(plan de travail)
3.2
temps de préchauffage

temps écoulé depuis la mise en marche de la machine jusqu’à ce que le cycle de fabrication puisse être

démarré, tel que spécifié par le fabricant de la machine
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
3.3
plateforme d’alimentation

plateforme qui se déplace par incréments pour alimenter en poudre le dispositif d’étalement de la

poudre (3.4)
3.4
dispositif d’étalement de la poudre

mécanisme d'alimentation en poudre, qui distribue et répartit uniformément la poudre sur la surface

de fabrication
3.5
puissance nominale du laser
capacité maximale de puissance telle que spécifiée par le fabricant du laser
3.6
position minimale du col du faisceau

point focal d’un endroit où le faisceau a l'énergie la plus concentrée et la plus petite surface de section

transversale
4 Équipement

L’équipement doit être installé, mis en fonctionnement et maintenu conformément aux instructions

documentées.
5 Conditions environnementales et opérationnelles

Les conditions environnementales et opérationnelles pendant les essais de qualification doivent

satisfaire aux gammes d’exigences si elles sont spécifiées par le fabricant de la machine et doivent être

conformes aux conditions qui sont spécifiées par un utilisateur de la machine pendant la production,

comme exemples les suivantes:
a) température;
b) humidité;

c) services/réseaux (par exemple, alimentation électrique, air comprimé, gaz de protection, eau);

d) chocs/vibrations;
e) pression de la chambre;
f) pureté du gaz de procédé.

Les mesures de santé et de sécurité relatives à la protection contre le rayonnement laser et contre

l'incendie et l’explosion doivent être observées.
6 Essais de qualification
6.1 Généralités

Les essais de qualification des machines à faisceau laser pour la fabrication additive par fusion sur lit de

poudre métallique doivent comprendre au minimum les exigences spécifiées de 6.2 à 6.7.

La mesure doit être effectuée avec un instrument de mesure étalonné conformément aux instructions

de l'instrument de mesure.
2 © ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés
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ISO/ASTM FDIS 52941:2020(F)
6.2 Essais de faisceau laser
6.2.1 Essais de puissance laser pour les lasers à ondes entretenues

La puissance laser doit être mesurée. Il convient de réaliser la mesure conformément à l’ISO 11554, le

cas échéant.

Les paramètres de puissance nominale de la machine doivent être comparées aux valeurs effectives. La

mesure doit être effectuée avec un instrument de mesure étalonné au point d'utilisation (c'est-à-dire,

à l'intérieur de la chambre de fabrication). L'instrument doit être capable de mesurer précisément la

plage de puissance laser effective.

La mesure de la puissance laser doit être conforme aux exigences de production en couvrant la plage

de puissance type. Si cette plage est inconnue, il est recommandé de mesurer en un minimum de trois

points, comprenant 30 % et 90 % de la puissance laser nominale maximale.

Si cela est spécifié par le fabricant de la machine, un temps de préchauffage doit être appliq

...

Questions, Comments and Discussion

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