ISO/ASTM TR 52912:2020

Additive manufacturing — Design — Functionally graded additive manufacturing

The use of Additive Manufacturing (AM) enables the fabrication of geometrically complex components by accurately depositing materials in a controlled way. Technological progress in AM hardware, software, as well as the opening of new markets demand for higher flexibility and greater efficiency in today's products, encouraging research into novel materials with functionally graded and high-performance capabilities. This has been termed as Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM), a layer-by-layer fabrication technique that involves gradationally varying the ratio of the material organization within a component to meet an intended function. As research in this field has gained worldwide interest, the interpretations of the FGAM concept requires greater clarification. The objective of this document is to present a conceptual understanding of FGAM. The current-state of art and capabilities of FGAM technology will be reviewed alongside with its challenging technological obstacles and limitations. Here, data exchange formats and some of the recent application is evaluated, followed with recommendations on possible strategies in overcoming barriers and future directions for FGAM to take off.

Fabrication additive — Conception — Fabrication additive à gradient fonctionnel

L'utilisation de la fabrication additive (FA) permet la fabrication de composants géométriquement complexes en déposant des matériaux avec exactitude et de manière contrôlée. Les progrès technologiques dans le domaine du matériel, des logiciels de FA, ainsi que l'ouverture de nouveaux marchés exigent une plus grande flexibilité et une plus grande efficacité des produits actuels, ce qui encourage la recherche de matériaux nouveaux dotés de capacités à gradient fonctionnel et de hautes performances. Cela a été désigné par la fabrication additive à gradient fonctionnel (FGAM), une technique de fabrication couche par couche qui consiste à faire varier graduellement le rapport de l'organisation du matériau au sein d'un composant pour répondre à une fonction prévue. Comme la recherche dans ce domaine a gagné en intérêt dans le monde entier, les interprétations du concept de FGAM exigent une plus grande clarification. L'objectif du présent document est de présenter une compréhension conceptuelle de la FGAM. L'État de l'Art actuel et les capacités actuelles de la technologie de FGAM seront examinés, ainsi que ses obstacles et limites technologiques. Les formats d'échange de données et certaines applications récentes sont ici évalués, suivis de recommandations sur les stratégies possibles pour surmonter les obstacles et les orientations futures pour le décollage de la FGAM.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 24-Sep-2020
• ICS: 25.030 - Additive manufacturing
• Technical Committee: ISO/TC 261 - Additive manufacturing
• Drafting Committee: ISO/TC 261/JG 67 - Joint ISO/TC 261-ASTM F 42 Group: Technical report for the design of functionally graded additive manufactured parts
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 25-Sep-2020
• Due Date: 05-Jul-2020
• Completion Date: 25-Sep-2020

Standards Content (Sample)

TECHNICAL ISO/ASTM TR
REPORT 52912
First edition
2020-09
Additive manufacturing — Design
— Functionally graded additive
manufacturing
Fabrication additive — Conception — Fabrication additive à gradient
fonctionnel
Reference number
©
ISO/ASTM International 2020
© ISO/ASTM International 2020
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may be
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.
ISO copyright office ASTM International
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700
CH-1214 Vernier, Geneva West Conshohocken, PA 19428-2959, USA
Phone: [phone] Phone: [phone]
Fax: [phone]
Email: [e-mail] Email: [e-mail]
Website: www.iso.org Website: www.astm.org
Published in Switzerland
ii © ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Abreviations . 1
5 Concept of Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM) .3
5.1 General . 3
5.2 Homogeneous compositions — Single Material FGAM. 3
5.3 Heterogeneous compositions — Multi-material FGAM . 4
6 Advances of functionally graded additive manufacturing . 8
6.1 General . 8
6.2 AM and FGAM process . 8
6.3 Material extrusion . 9
6.4 Powder bed fusion .12
6.5 Directed energy deposition .13
6.6 Sheet lamination .14
7 Current limitations of FGAM .16
7.1 General .16
7.2 Material limitations . .16
7.2.1 General.16
7.2.2 Defining the optimum material property distribution .17
7.2.3 Predicting the material properties of manufactured components .17
7.2.4 Material selection .17
7.2.5 Understanding differences and defining tolerances .17
7.3 Limitations of current additive manufacturing technologies .17
7.4 CAD Software limitations .18
7.4.1 General.18
7.4.2 Data exchange formats .19
8 Potential applications of FGAM .20
8.1 General .20
8.2 Biomedical applications .21
8.3 Aerospace applications .21
8.4 Consumer markets.21
9 Summary .22
Bibliography .23
© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved iii

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 on 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 the following
URL: 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
and in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 438, Additive manufacturing, in accordance with the agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
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

Introduction
Functionally Graded Materials (FGMs) were developed in 1984 for a space plane project to sustain high
thermal barriers to overcome the shortcomings of traditional composite materials (AZO Materials, 2002).
Traditional composites [Figure 1 a)] are homogeneous mixtures, therefore involving a compromise
between the desirable properties of the component materials. Functionally Graded Materials (FGMs)
are a class of advanced materials with spatially varying composition over a changing dimension, with
[56]
corresponding changes in material properties built-in . FGMs attain their multifunctional status by
mapping performance requirements to strategies of material structuring and allocation [Figure 1 b)].
The manufacturing processes of conventional FGMs include shot peening, ion implantation, thermal
spraying, electrophoretic deposition and chemical vapour deposition. Since additive manufacturing
processes builds parts by successive addition of material, they provide the possibility to produce
products with Functionally Graded properties, thereby introducing the concept often known as
Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM). As this area of work is new, driven by academic
research, and lacks available standardisation, there have been multiple different names proposed by
different researchers in different publications as terms for this area, for example, functionally graded
[56] [57]
rapid prototyping (FGRP) , varied property rapid prototyping (VPRP) and site-specific properties
[72]
additive manufacturing . However, even if there clearly is a great need for clarification of key terms
associated with FGAM, this document does not include any attempts of alignment in terminology.
This document is an overview of state of the art and the possibilities for FGAM enabled by present AM
process technology and thus a purely informative document. Since this overview is based on available
publications, and in order to facilitate cross referencing from these publications, this document has
used the terms concerning FGAM as they are used in the original publications.
a)  Traditional composite b)  FGM composite
Figure 1 — Allocation of materials in a traditional composite and an FGM composite
© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved v

TECHNICAL REPORT ISO/ASTM TR 52912:2020(E)
Additive manufacturing — Design — Functionally graded
additive manufacturing
1 Scope
The use of Additive Manufacturing (AM) enables the fabrication of geometrically complex components
by accurately depositing materials in a controlled way. Technological progress in AM hardware,
software, as well as the opening of new markets demand for higher flexibility and greater efficiency
in today’s products, encouraging research into novel materials with functionally graded and high-
performance capabilities. This has been termed as Functionally Graded Additive Manufacturing
(FGAM), a layer-by-layer fabrication technique that involves gradationally varying the ratio of the
material organization within a component to meet an intended function. As research in this field has
gained worldwide interest, the interpretations of the FGAM concept requires greater clarification.
The objective of this document is to present a conceptual understanding of FGAM. The current-state of
art and capabilities of FGAM technology will be reviewed alongside with its challenging technological
obstacles and limitations. Here, data exchange formats and some of the recent application is evaluated,
followed with recommendations on possible strategies in overcoming barriers and future directions
for FGAM to take off.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
No terms and
...

TECHNICAL ISO/ASTM TR
REPORT 52912
First edition
2020-09
Additive manufacturing — Design
— Functionally graded additive
manufacturing
Fabrication additive — Conception — Fabrication additive à gradient
fonctionnel
Reference number
©
ISO/ASTM International 2020
© ISO/ASTM International 2020
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may be
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.
ISO copyright office ASTM International
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700
CH-1214 Vernier, Geneva West Conshohocken, PA 19428-2959, USA
Phone: [phone] Phone: [phone]
Fax: [phone]
Email: [e-mail] Email: [e-mail]
Website: www.iso.org Website: www.astm.org
Published in Switzerland
ii © ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved

Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Abreviations . 1
5 Concept of Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM) .3
5.1 General . 3
5.2 Homogeneous compositions — Single Material FGAM. 3
5.3 Heterogeneous compositions — Multi-material FGAM . 4
6 Advances of functionally graded additive manufacturing . 8
6.1 General . 8
6.2 AM and FGAM process . 8
6.3 Material extrusion . 9
6.4 Powder bed fusion .12
6.5 Directed energy deposition .13
6.6 Sheet lamination .14
7 Current limitations of FGAM .16
7.1 General .16
7.2 Material limitations . .16
7.2.1 General.16
7.2.2 Defining the optimum material property distribution .17
7.2.3 Predicting the material properties of manufactured components .17
7.2.4 Material selection .17
7.2.5 Understanding differences and defining tolerances .17
7.3 Limitations of current additive manufacturing technologies .17
7.4 CAD Software limitations .18
7.4.1 General.18
7.4.2 Data exchange formats .19
8 Potential applications of FGAM .20
8.1 General .20
8.2 Biomedical applications .21
8.3 Aerospace applications .21
8.4 Consumer markets.21
9 Summary .22
Bibliography .23
© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved iii

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 on 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 the following
URL: 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
and in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee
CEN/TC 438, Additive manufacturing, in accordance with the agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
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

Introduction
Functionally Graded Materials (FGMs) were developed in 1984 for a space plane project to sustain high
thermal barriers to overcome the shortcomings of traditional composite materials (AZO Materials, 2002).
Traditional composites [Figure 1 a)] are homogeneous mixtures, therefore involving a compromise
between the desirable properties of the component materials. Functionally Graded Materials (FGMs)
are a class of advanced materials with spatially varying composition over a changing dimension, with
[56]
corresponding changes in material properties built-in . FGMs attain their multifunctional status by
mapping performance requirements to strategies of material structuring and allocation [Figure 1 b)].
The manufacturing processes of conventional FGMs include shot peening, ion implantation, thermal
spraying, electrophoretic deposition and chemical vapour deposition. Since additive manufacturing
processes builds parts by successive addition of material, they provide the possibility to produce
products with Functionally Graded properties, thereby introducing the concept often known as
Functionally Graded Additive Manufacturing (FGAM). As this area of work is new, driven by academic
research, and lacks available standardisation, there have been multiple different names proposed by
different researchers in different publications as terms for this area, for example, functionally graded
[56] [57]
rapid prototyping (FGRP) , varied property rapid prototyping (VPRP) and site-specific properties
[72]
additive manufacturing . However, even if there clearly is a great need for clarification of key terms
associated with FGAM, this document does not include any attempts of alignment in terminology.
This document is an overview of state of the art and the possibilities for FGAM enabled by present AM
process technology and thus a purely informative document. Since this overview is based on available
publications, and in order to facilitate cross referencing from these publications, this document has
used the terms concerning FGAM as they are used in the original publications.
a)  Traditional composite b)  FGM composite
Figure 1 — Allocation of materials in a traditional composite and an FGM composite
© ISO/ASTM International 2020 – All rights reserved v

TECHNICAL REPORT ISO/ASTM TR 52912:2020(E)
Additive manufacturing — Design — Functionally graded
additive manufacturing
1 Scope
The use of Additive Manufacturing (AM) enables the fabrication of geometrically complex components
by accurately depositing materials in a controlled way. Technological progress in AM hardware,
software, as well as the opening of new markets demand for higher flexibility and greater efficiency
in today’s products, encouraging research into novel materials with functionally graded and high-
performance capabilities. This has been termed as Functionally Graded Additive Manufacturing
(FGAM), a layer-by-layer fabrication technique that involves gradationally varying the ratio of the
material organization within a component to meet an intended function. As research in this field has
gained worldwide interest, the interpretations of the FGAM concept requires greater clarification.
The objective of this document is to present a conceptual understanding of FGAM. The current-state of
art and capabilities of FGAM technology will be reviewed alongside with its challenging technological
obstacles and limitations. Here, data exchange formats and some of the recent application is evaluated,
followed with recommendations on possible strategies in overcoming barriers and future directions
for FGAM to take off.
2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
No terms and
...

RAPPORT ISO/ASTM TR
TECHNIQUE 52912
Première édition
2020-09
Fabrication additive — Conception
— Fabrication additive à gradient
fonctionnel
Additive manufacturing — Design — Functionally graded additive
manufacturing
Numéro de référence
©
ISO/ASTM International 2020
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.
ISO copyright office ASTM International
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700
CH-1214 Vernier, Genève West Conshohocken, PA 19428-2959, USA
Tél.: [phone] Tél.: [phone]
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail] E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org Web: www.astm.org
Publié en Suisse
ii © ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Abréviations . 1
5 Concept de la fabrication additive à gradient fonctionnel (FGAM) .3
5.1 Généralités . 3
5.2 Compositions homogènes — FGAM mono-matériau . 4
5.3 Compositions homogènes — FGAM multi-matériaux . 4
6 Progrès de la fabrication additive à gradient fonctionnel . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Procédé de FA et de FGAM . 8
6.3 Extrusion de matière .10
6.4 Fusion sur lit de poudre .12
6.5 Dépôt de matière sous énergie concentrée .14
6.6 Stratification de couches .15
7 Limitations actuelles de la FGAM .17
7.1 Généralités .17
7.2 Limitations du matériau .17
7.2.1 Généralités .17
7.2.2 Définition de la distribution optimale des propriétés du matériau.18
7.2.3 Prédiction des propriétés matérielles des composants fabriqués .18
7.2.4 Sélection du matériau .18
7.2.5 Compréhension des différences et définition des tolérances .18
7.3 Limitations des technologies actuelles de fabrication additive .19
7.4 Limitations des logiciels de CAO .19
7.4.1 Généralités .19
7.4.2 Formats d’échange de données .20
8 Applications potentielles de la FGAM .22
8.1 Généralités .22
8.2 Applications biomédicales .23
8.3 Applications aérospatiales .23
8.4 Marchés grand public .23
9 Résumé .24
Bibliographie .25
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés iii

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
https:// www .iso .org/ fr/ directives -and -policies .html).
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 https:// www .iso .org/ fr/ iso -standards -and -patents .html).
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: https:// www .iso .org/ fr/ foreword -supplementary
-information .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 et en collaboration avec le Comité Européen de Normalisation (CEN), Comité technique CEN/
TC 438, Fabrication additive, conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN
(Accord de Vienne).
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

Introduction
Les matériaux à gradient fonctionnel (FGMs) ont été développés en 1984 pour un projet d'avion spatial
pour soutenir les barrières thermiques élevées pour surmonter les défauts des matériaux composites
traditionnels (matériaux AZO, 2002). Les composites traditionnels [Figure 1 a)] sont des mélanges
homogènes, impliquant par conséquent un compromis entre les propriétés souhaitables des matériaux
constitutifs. Les matériaux à gradient fonctionnel (FGMs) sont une classe de matériaux avancés dont la
composition varie dans l'espace sur une dimension changeante, avec des changements correspondants
[56]
dans les propriétés des matériaux incorporés . Les FGMs atteignent leur statut multifonctionnel en
associant les exigences de performance à des stratégies de structuration et d'allocation du matériau
[Figure 1 b)].
Les procédés de fabrication des FGMs conventionnels comprennent le grenaillage de précontrainte,
l'implantation ionique, la projection thermique, le dépôt électrophorétique et le dépôt chimique
en phase vapeur. Comme les procédés de fabrication additive construisent des pièces par ajouts
successifs de matériaux, ils offrent la possibilité de réaliser des produits ayant des propriétés à
gradient fonctionnel, introduisant ainsi le concept souvent connu sous le nom de fabrication additive
à gradient fonctionnel (FGAM). Comme ce domaine de travail est nouveau, conduit par la recherche
universitaire et qu'il manque de normalisation disponible, plusieurs noms différents ont été proposés
par différents chercheurs dans différentes publications comme termes pour ce domaine, par exemple,
[56]
prototypage rapide à gradient fonctionnel (FGRP) , prototypage rapide à propriétés variées (VPRP)
[57] [72]
et fabrication additive à propriétés spécifiques au site . Toutefois, même s'il existe clairement un
besoin important de clarification des termes clés associés à la FGAM, le présent document ne contient
aucune tentative d'alignement terminologique. Le présent document est une présentation générale de
l'État de l'Art et des possibilités offertes à la FGAM par la technologie actuelle du procédé de FA, et
constitue donc un document purement informatif. Du fait que cette présentation générale s’appuie sur
les publications disponibles, et afin de faciliter les références croisées à partir de ces publications, le
présent document a utilisé les termes concernant la FGAM tels qu'ils sont utilisés dans les publications
originales.
a)  Composite traditionnel b)  Composite FGM
Figure 1 — Allocation de matériaux dans un composite traditionnel et un composite FGM
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés v

RAPPORT TECHNIQUE ISO/ASTM TR 52912:2020(F)
Fabrication additive — Conception — Fabrication additive
à gradient fonctionnel
1 Domaine d'application
L'utilisation de la fabrication additive (FA) permet la fabrication de composants géométriquement
complexes en déposant des matériaux avec exactitude et de manière contrôlée. Les progrès
technologiques dans le domaine du matériel, des logiciels de FA, ainsi que l'ouverture de nouveaux
marchés exigent une plus grande flexibilité et une plus grande efficacité des produits actuels, ce
qui encourage la recherche de matériaux nouveaux dotés de capacités à gradient fonctionnel et de
hautes performances. Cela a été désigné par la fabrication additive à gradient fonctionnel (FGAM),
une
...

RAPPORT ISO/ASTM TR
TECHNIQUE 52912
Première édition
2020-09
Fabrication additive — Conception
— Fabrication additive à gradient
fonctionnel
Additive manufacturing — Design — Functionally graded additive
manufacturing
Numéro de référence
©
ISO/ASTM International 2020
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.
ISO copyright office ASTM International
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8 100 Barr Harbor Drive, PO Box C700
CH-1214 Vernier, Genève West Conshohocken, PA 19428-2959, USA
Tél.: [phone] Tél.: [phone]
Fax: [phone]
E-mail: [e-mail] E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org Web: www.astm.org
Publié en Suisse
ii © ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés

Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Abréviations . 1
5 Concept de la fabrication additive à gradient fonctionnel (FGAM) .3
5.1 Généralités . 3
5.2 Compositions homogènes — FGAM mono-matériau . 4
5.3 Compositions homogènes — FGAM multi-matériaux . 4
6 Progrès de la fabrication additive à gradient fonctionnel . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Procédé de FA et de FGAM . 8
6.3 Extrusion de matière .10
6.4 Fusion sur lit de poudre .12
6.5 Dépôt de matière sous énergie concentrée .14
6.6 Stratification de couches .15
7 Limitations actuelles de la FGAM .17
7.1 Généralités .17
7.2 Limitations du matériau .17
7.2.1 Généralités .17
7.2.2 Définition de la distribution optimale des propriétés du matériau.18
7.2.3 Prédiction des propriétés matérielles des composants fabriqués .18
7.2.4 Sélection du matériau .18
7.2.5 Compréhension des différences et définition des tolérances .18
7.3 Limitations des technologies actuelles de fabrication additive .19
7.4 Limitations des logiciels de CAO .19
7.4.1 Généralités .19
7.4.2 Formats d’échange de données .20
8 Applications potentielles de la FGAM .22
8.1 Généralités .22
8.2 Applications biomédicales .23
8.3 Applications aérospatiales .23
8.4 Marchés grand public .23
9 Résumé .24
Bibliographie .25
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés iii

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
https:// www .iso .org/ fr/ directives -and -policies .html).
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 https:// www .iso .org/ fr/ iso -standards -and -patents .html).
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: https:// www .iso .org/ fr/ foreword -supplementary
-information .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 et en collaboration avec le Comité Européen de Normalisation (CEN), Comité technique CEN/
TC 438, Fabrication additive, conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN
(Accord de Vienne).
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

Introduction
Les matériaux à gradient fonctionnel (FGMs) ont été développés en 1984 pour un projet d'avion spatial
pour soutenir les barrières thermiques élevées pour surmonter les défauts des matériaux composites
traditionnels (matériaux AZO, 2002). Les composites traditionnels [Figure 1 a)] sont des mélanges
homogènes, impliquant par conséquent un compromis entre les propriétés souhaitables des matériaux
constitutifs. Les matériaux à gradient fonctionnel (FGMs) sont une classe de matériaux avancés dont la
composition varie dans l'espace sur une dimension changeante, avec des changements correspondants
[56]
dans les propriétés des matériaux incorporés . Les FGMs atteignent leur statut multifonctionnel en
associant les exigences de performance à des stratégies de structuration et d'allocation du matériau
[Figure 1 b)].
Les procédés de fabrication des FGMs conventionnels comprennent le grenaillage de précontrainte,
l'implantation ionique, la projection thermique, le dépôt électrophorétique et le dépôt chimique
en phase vapeur. Comme les procédés de fabrication additive construisent des pièces par ajouts
successifs de matériaux, ils offrent la possibilité de réaliser des produits ayant des propriétés à
gradient fonctionnel, introduisant ainsi le concept souvent connu sous le nom de fabrication additive
à gradient fonctionnel (FGAM). Comme ce domaine de travail est nouveau, conduit par la recherche
universitaire et qu'il manque de normalisation disponible, plusieurs noms différents ont été proposés
par différents chercheurs dans différentes publications comme termes pour ce domaine, par exemple,
[56]
prototypage rapide à gradient fonctionnel (FGRP) , prototypage rapide à propriétés variées (VPRP)
[57] [72]
et fabrication additive à propriétés spécifiques au site . Toutefois, même s'il existe clairement un
besoin important de clarification des termes clés associés à la FGAM, le présent document ne contient
aucune tentative d'alignement terminologique. Le présent document est une présentation générale de
l'État de l'Art et des possibilités offertes à la FGAM par la technologie actuelle du procédé de FA, et
constitue donc un document purement informatif. Du fait que cette présentation générale s’appuie sur
les publications disponibles, et afin de faciliter les références croisées à partir de ces publications, le
présent document a utilisé les termes concernant la FGAM tels qu'ils sont utilisés dans les publications
originales.
a)  Composite traditionnel b)  Composite FGM
Figure 1 — Allocation de matériaux dans un composite traditionnel et un composite FGM
© ISO/ASTM International 2020 – Tous droits réservés v

RAPPORT TECHNIQUE ISO/ASTM TR 52912:2020(F)
Fabrication additive — Conception — Fabrication additive
à gradient fonctionnel
1 Domaine d'application
L'utilisation de la fabrication additive (FA) permet la fabrication de composants géométriquement
complexes en déposant des matériaux avec exactitude et de manière contrôlée. Les progrès
technologiques dans le domaine du matériel, des logiciels de FA, ainsi que l'ouverture de nouveaux
marchés exigent une plus grande flexibilité et une plus grande efficacité des produits actuels, ce
qui encourage la recherche de matériaux nouveaux dotés de capacités à gradient fonctionnel et de
hautes performances. Cela a été désigné par la fabrication additive à gradient fonctionnel (FGAM),
une
...