Additive manufacturing — Design — Part 2: Laser-based powder bed fusion of polymers

This document specifies the features of laser-based powder bed fusion of polymers (LB-PBF/P) and provides detailed design recommendations. Some of the fundamental principles are also applicable to other additive manufacturing (AM) processes, provided that due consideration is given to process-specific features. This document also provides a state-of-the-art review of design guidelines associated with the use of powder bed fusion (PBF) by bringing together relevant knowledge about this process and by extending the scope of ISO/ASTM 52910.

Fabrication additive — Conception — Partie 2: Fusion laser sur lit de poudre polymère

Le présent document spécifie les caractéristiques de la fusion laser sur lit de poudre polymère (LB-PBF/P) et fournit des recommandations détaillées de conception. Certains des principes fondamentaux sont également applicables à d'autres procédés de fabrication additive (FA), sous réserve que les caractéristiques spécifiques à un procédé soient dûment prises en compte. Le présent document fournit également un État de l'Art des lignes directrices de conception associées à l'utilisation d'une fusion sur lit de poudre (PBF), en compilant des connaissances pertinentes sur ce procédé et en élargissant le domaine d'application de l'ISO/ASTM 52910.

General Information

Status
Published
Publication Date
29-Sep-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
30-Sep-2019
Due Date
04-Apr-2020
Completion Date
30-Sep-2019
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Standard
ISO/ASTM 52911-2:2019 - Additive manufacturing -- Design
English language
20 pages
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Standard
ISO/ASTM 52911-2:2019 - Fabrication additive -- Conception
French language
22 pages
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Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO/ASTM
STANDARD 52911-2
First edition
2019-09
Additive manufacturing — Design —
Part 2:
Laser-based powder bed fusion of
polymers
Fabrication additive — Conception —
Partie 2: Fusion laser sur lit de poudre polymère
Reference number
ISO/ASTM 52911-2:2019(E)
©
ISO/ASTM International 2019

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO/ASTM International 2019
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may be
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or ISO’s member body in the country of the requester. In the United States, such requests should be sent to ASTM International.
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Email: copyright@iso.org Email: khooper@astm.org
Website: www.iso.org Website: www.astm.org
Published in Switzerland
ii © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols and abbreviated terms . 2
4.1 Symbols . 2
4.2 Abbreviated terms . 3
5 Characteristics of powder bed fusion (PBF) processes . 3
5.1 General . 3
5.2 Size of the parts . 3
5.3 Benefits to be considered in regard to the PBF process . 4
5.4 Limitations to be considered in regard to the PBF process . 4
5.5 Economic and time efficiency . 5
5.6 Feature constraints (islands, overhang, stair-step effect) . 5
5.6.1 General. 5
5.6.2 Islands . 5
5.6.3 Overhang . 6
5.6.4 Stair-step effect . 6
5.7 Dimensional, form and positional accuracy . 6
5.8 Data quality, resolution, representation . 6
6 Design guidelines for laser-based powder bed fusion of polymers (LB-PBF/P) .7
6.1 General . 7
6.2 Material and structural characteristics . 7
6.3 Anisotropy of the material characteristics. 8
6.4 Build orientation, positioning and arrangement . 9
6.4.1 General. 9
6.4.2 Powder coating . 9
6.4.3 Part location in the build chamber . 9
6.4.4 Oversintering . 9
6.4.5 Packing parts efficiently in the build chamber . 9
6.5 Surface roughness .10
6.6 Post-production finishing .10
6.7 Design considerations.11
6.7.1 Allowing for powder removal .11
6.7.2 Reducing warpage .11
6.7.3 Wall thickness .11
6.7.4 Gaps, cylinders and holes .11
6.7.5 Lattice structures .12
6.7.6 Fluid channels .12
6.7.7 Springs and elastic elements .13
6.7.8 Connecting elements and fasteners.13
6.7.9 Static assemblies .14
6.7.10 Movable assemblies .15
6.7.11 Bearings .15
6.7.12 Joints .15
6.7.13 Integrated markings .16
6.7.14 Cutting and joining .16
6.8 Example applications .17
6.8.1 Functional toy car with integrated spring .17
6.8.2 Robot gripper .18
7 General design consideration .19
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved iii

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Bibliography .20
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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso
.org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 261, Additive manufacturing, in
cooperation with ASTM F42, Additive Manufacturing Technologies, on the basis of a partnership
agreement between ISO and ASTM International with the aim to create a common set of ISO/ASTM
standards on additive manufacturing.
A list of all parts in the ISO 52911 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Introduction
Laser-based powder bed fusion of polymers (LB-PBF/P) describes an additive manufacturing (AM)
process and offers an additional manufacturing option alongside established processes. LB-PBF/P has
the potential to reduce manufacturing time and costs, and increase part functionality. Practitioners
are aware of the strengths and weaknesses of conventional, long-established manufacturing processes,
such as cutting, joining and shaping processes (e.g. by machining, welding or injection moulding) and
of giving them appropriate consideration at the design stage and when selecting the manufacturing
process. In the case of LB-PBF/P and AM in general, design and manufacturing engineers only have
a limited pool of experience. Without the limitations associated with conventional processes, the
use of LB-PBF/P offers designers and manufacturers a high degree of freedom and this requires an
understanding about the possibilities and limitations of the process.
The ISO 52911 series provides guidance for different powder bed fusion (PBF) technologies. It is
intended that the series will include ISO 52911-1 on laser-based powder bed fusion of metals (LB-
1)
PBF/M), this document on LB-PBF/P, and ISO 52911-3 on electron beam powder bed fusion of metals
(EB-PBF/M). Clauses 1 to 5, where general information including terminology and the PBF process is
provided, are similar throughout the series. The subsequent clauses focus on the specific technology.
[8]
This document is based on VDI 3405-3:2015 . It provides support to technology users, such as design
and production engineers, when designing parts that need to be manufactured by means of LB-PBF/P.
It will help practitioners to explore the benefits of LB-PBF/P and to recognize the process-related
[4]
limitations when designing parts. It also builds on ISO/ASTM 52910 to extend the requirements,
guidelines and recommendations for AM design to include the PBF process.
1) Under preparation.
vi © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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INTERNATIONAL STANDARD ISO/ASTM 52911-2:2019(E)
Additive manufacturing — Design —
Part 2:
Laser-based powder bed fusion of polymers
1 Scope
This document specifies the features of laser-based powder bed fusion of polymers (LB-PBF/P) and
provides detailed design recommendations.
Some of the fundamental principles are also applicable to other additive manufacturing (AM) processes,
provided that due consideration is given to process-specific features.
This document also provides a state-of-the-art review of design guidelines associated with the use of
powder bed fusion (PBF) by bringing together relevant knowledge about this process and by extending
the scope of ISO/ASTM 52910.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO/ASTM 52900, Additive manufacturing — General principles — Fundamentals and vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO/ASTM 52900 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
downskin area
D

(sub-)area where the normal vector n projection on the z-axis is negative
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.2
downskin angle
δ
angle between the plane of the build platform and the downskin area (3.1)
Note 1 to entry: The angle lies between 0° (parallel to the build platform) and 90° (perpendicular to the build
platform).
Note 2 to entry: See Figure 1.
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 1

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

3.3
upskin area
U

(sub-)area where the normal vector n projection on the z-axis is positive
Note 1 to entry: See Figure 1.
3.4
upskin angle
υ
angle between the build platform plane and the upskin area (3.3)
Note 1 to entry: The angle lies between 0° (parallel to the build platform) and 90° (perpendicular to the build
platform).
Note 2 to entry: See Figure 1.
Key
z build direction
SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 1 — Upskin and downskin areas U and D, upskin and downskin angles υ and δ, normal

vector n
4 Symbols and abbreviated terms
4.1 Symbols
The symbols given in Table 1 are used in this document.
Table 1 — Symbols
Symbol Designation Unit
a overhang mm
2
D downskin area mm
2
I island mm

normal vector —
n
3
P part mm
2 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Table 1 (continued)
Symbol Designation Unit
Ra mean roughness µm
Rz average surface roughness µm
2
U upskin area mm
δ downskin angle °
υ upskin angle °
4.2 Abbreviated terms
The following abbreviated terms are used in this document.
AM additive manufacturing
AMF additive manufacturing file format
CT computed tomography
DICOM digital imaging and communications in medicine
CAD computer aided design
EB-PBF/M electron beam powder bed fusion of metals
LB-PBF laser-based powder bed fusion
LB-PBF/M laser-based powder bed fusion of metals (also known as e.g. laser beam melting, selective
laser melting)
LB-PBF/P laser-based powder bed fusion of polymers (also known as e.g. laser beam melting,
selective laser melting)
MRI magnetic resonance imaging
PBF powder bed fusion
STL stereolithography format or surface tessellation language
3MF 3D manufacturing format
5 Characteristics of powder bed fusion (PBF) processes
5.1 General
Consideration shall be given to the specific characteristics of the manufacturing process used in order
to optimize the design of a part. Examples of the features of AM processes which need to be taken into
consideration during the design and process planning stages are listed in 5.2 to 5.8.
5.2 Size of the parts
The size of the parts is limited by the working area/working volume of the PBF-machine. Also, the
occurrence of cracks and deformation due to residual stresses limits the maximum part size. Another
important practical factor that limits the maximum part size is the cost of production having a direct
relation to the size and volume of the part. Cost of production can be minimized by choosing part
location and build orientation in a way that allows nesting of as many parts as possible. Also, the cost
of powder needed to fill the bed to the required volume (part depth × bed area) may be a consideration.
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 3

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

Powder reuse rules impact this cost significantly. If no reuse is allowed, then all powder is scrapped
regardless of solidified volume.
5.3 Benefits to be considered in regard to the PBF process
PBF processes can be advantageous for manufacturing parts where the following points are relevant:
— Parts can be manufactured to near-net shape (i.e. close to the finished shape and size), without
further post processing tools, in a single process step.
— Degrees of design freedom for parts are typically high. Limitations of conventional manufacturing
processes do not usually exist, e.g. for:
— tool accessibility, and
— undercuts.
— A wide range of complex geometries can be produced, such as:
[17]
— free-form geometries, e.g. organic structures ,
— topologically optimized structures,
— infill structures, e.g. honeycomb, sandwich and mesh structures.
— The degree of part complexity is largely unrelated to production costs.
— Assembly and joining processes can be reduced through single-body construction.
— Overall part characteristics can be selectively configured by adjusting process parameters locally.
— Reduction in lead times until part production.
5.4 Limitations to be considered in regard to the PBF process
Certain disadvantages typically associated with AM processes shall be taken into consideration during
product design.
— Shrinkage, residual stress and deformation can occur due to local temperature differences.
— The surface quality of AM parts is typically influenced by the layer-wise build-up technique (stair-
step effect). Post-processing can be required, depending on the application.
— Consideration shall be given to deviations from form, dimensional and positional tolerances of
parts. A machining allowance shall therefore be provided for post-production finishing. Specified
geometric tolerances can be achieved by precision post-processing.
— Anisotropic characteristics typically arise due to the layer-wise build-up and shall be taken into
account during process planning.
— Not all materials available for conventional processes are currently suitable for PBF processes.
— Material properties can differ from expected values known from other technologies like injection
moulding and casting. Material properties can be influenced significantly by process settings and
control.
4 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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5.5 Economic and time efficiency
Provided that the geometry permits a part to be placed in the build space in such a way that it can be
manufactured as cost-effectively as possible, various different criteria for optimization are available
depending on the number of units planned.
— In the case of a one-off production, height is the factor that has the greatest impact on build costs.
Parts shall be oriented in such a way that the build height is kept to a minimum, provided that the
geometry permits such an orientation.
— If the intention is to manufacture a larger number of units, then the build space shall be used as
efficiently as possible. Provided that the part geometry permits such orientation, strategies for
reorientation and nesting shall be utilized to maximize the available build space.
— The powder that remains in the system after a build can be reused in some cases. Reuse depends
on the application, material, and specific requirements. Powder changes can be inefficient and
time consuming. Although they are necessary when changing material type, powders from same-
material builds can be reused. It is important to note, however, that recycling of powder can affect
the powder size distribution, which in turn affects final part characteristics. The number of times a
powder can be recycled is dependent on the machine manufacturer and the material.
5.6 Feature constraints (islands, overhang, stair-step effect)
5.6.1 General
Since AM parts are built up in successive layers, separation of features can occur at some stage of the
build. This depends on the part geometry. The situations in 5.6.2 to 5.6.4 shall be regarded as critical
(the level of criticality depends on the PBF technology in focus) in this respect.
5.6.2 Islands
Islands (I) are features that connect to form a part (P) only at a later stage of the build process. How
this connection will occur shall be taken into consideration at the design stage. Parts that are stable in
terms of their overall design can be unstable at some stage of the build process (see Figure 2, left and
centre).
NOTE In some circumstances, islands are not protected against mechanical damage during the powder
application process. This can lead to deformation of the islands.
SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 2 — Islands I (left) and overhang a (right) during the construction of part P in z-axis
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 5

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ISO/ASTM 52911-2:2019(E)

5.6.3 Overhang
Areas with an overhang angle of 0° produce an overhang with length a (see Figure 2, right). Small
overhangs do not need any additional geometry in the form of support structures. In such cases, the
projecting area is self-supporting during manufacturing. The permissible values for a depend on the
specific PBF process, the material and the process parameters used.
5.6.4 Stair-step effect
Due to the layer-wise build-up, the 3D geometry of the part is converted into a 2,5D image before
production, with discrete steps in the build direction. The resulting error caused by deviation of this
2,5D image from the original geometry is described as the stair-step effect. The extent of this is largely
dependent on the layer thickness (see Figure 3).
SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 3 — Impact of different layer thicknesses on the stair-step effect
5.7 Dimensional, form and positional accuracy
Typically, it is not possible to produce the tolerances that can be achieved with conventional tool-
based manufacturing processes. For this reason, post-processing can be necessary to meet (customer)
requirements. Post-processing may include subtractive manufacturing, surface finishing, thermal
processing, or other operations according to ISO/ASTM 52910.
In this respect, it is particularly important to be aware of and consider process parameters that
influence characteristics of the final part. For example, build orientation to some extent determines the
level of accuracy that can be achieved. Directionally dependent (anisotropic) shrinkage of the part can
occur due to the layer-wise build-up. As another example, layer-wise consistency can be affected by the
location of the part on the build platform.
5.8 Data quality, resolution, representation
The use of AM requires 3D geometric data that is typically represented as a tessellated model, but other
representations that can also be used include voxels or sliced layer representations. For tessellated
data, files describe the surface geometry of a part as a series of triangular meshes. The vertices of the
triangles are defined using the right-hand rule and the normal vector. The STL file format is recognized
6 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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as the quasi-industry data exchange format. Additional formats include AMF, which is described in
[5]
ISO/ASTM 52915 .
In a tessellation, curved surfaces are approximated with triangles, and the chosen resolution of the
tessellation determines the geometric quality of the part to be fabricated. If the resolution is too low,
the sides of the triangles defined in the STL file will be visible on the finished surface (i.e. it will appear
faceted). However, a tessellation with a resolution that is too high requires significant storage space and
is slow to transfer and handle using processing software. The resolution of a tessellation is generally
influenced by a tolerance measure, often called “chord height”, which describes the maximum deviation
of a point on the surface of the part from the triangle face. Therefore, smaller tolerance values lead
to lower deviations from the actual part surface. A typical rule of thumb is to set the tolerance to be
at least 5 times smaller than the resolution of the AM process. As a result, a chord height setting of
0,01 mm to 0,02 mm is recommended for most PBF processes. Other parameters can be used to set
mesh accuracy, depending on the system.
AMF supports the representation of information beyond just geometry. For example, part units
(millimetres, metres, inches), colours, materials and lattice structures are supported. STL files only
contain the tessellated geometry, while 3MF files have some of the metadata representation capabilities of
AMF. Having units incorporated into the data ex
...

NORME ISO/ASTM
INTERNATIONALE 52911-2
Première édition
2019-09
Fabrication additive — Conception —
Partie 2:
Fusion laser sur lit de poudre
polymère
Additive manufacturing — Design —
Part 2: Laser-based powder bed fusion of polymers
Numéro de référence
ISO/ASTM 52911-2:2019(F)
©
ISO/ASTM International 2019

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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO/ASTM International 2019
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou un intranet, sans autorisation écrite soit de l’ISO à l’adresse ci-après,
soit d’un organisme membre de l’ISO dans le pays du demandeur. Aux États-Unis, les demandes doivent être adressées à ASTM
International.
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Publié en Suisse
ii © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles et termes abrégés . 2
4.1 Symboles . 2
4.2 Termes abrégés . 3
5 Caractéristiques des procédés de fusion sur lit de poudre (PBF) . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Dimension des pièces . 3
5.3 Bénéfices à prendre en compte en ce qui concerne le procédé PBF . 4
5.4 Limites à prendre en compte en ce qui concerne le procédé PBF . 4
5.5 Efficacité sur le plan des coûts et des délais . 5
5.6 Contraintes d’éléments (îlots, porte-à-faux, effet d’escalier) . 5
5.6.1 Généralités . 5
5.6.2 Îlots . 5
5.6.3 Porte-à-faux . 6
5.6.4 Effet d’escalier . 6
5.7 Exactitude dimensionnelle, de forme et de position . 7
5.8 Qualité des données, résolution, représentation . 7
6 Lignes directrices de conception pour la fusion laser sur lit de poudre polymère
(LB-PBF/P) . 8
6.1 Généralités . 8
6.2 Caractéristiques des matériaux et structures . 8
6.3 Anisotropie des caractéristiques du matériau . 9
6.4 Orientation de fabrication, positionnement et disposition .10
6.4.1 Généralités .10
6.4.2 Revêtement en poudre .10
6.4.3 Emplacement de la pièce dans la chambre de fabrication .10
6.4.4 Surfrittage .10
6.4.5 Emballage efficace des pièces dans la chambre de fabrication .11
6.5 Rugosité de surface .11
6.6 Finition post-production .11
6.7 Considérations relatives à la conception .12
6.7.1 Autorisation pour l’élimination des poudres .12
6.7.2 Réduction du gauchissement .12
6.7.3 Épaisseur de paroi .13
6.7.4 Écartements, cylindres et trous .13
6.7.5 Structures en treillis .13
6.7.6 Canaux d’écoulement des fluides .13
6.7.7 Ressorts et éléments élastiques .14
6.7.8 Éléments de raccordement et pièces de fixation .15
6.7.9 Assemblages statiques .15
6.7.10 Assemblages mobiles .16
6.7.11 Paliers .16
6.7.12 Joints .17
6.7.13 Marquages intégrés .17
6.7.14 Découpe et jointage .18
6.8 Exemple d'application .18
6.8.1 Voiture miniature fonctionnelle avec ressort intégré .18
6.8.2 Pince robotisée .19
© ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés iii

---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

7 Considération générale de conception .21
Bibliographie .22
iv © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 261, Fabrication additive, en
coopération avec l’ASTM F 42, Technologies de fabrication additive, dans le cadre d’un accord de
partenariat entre l’ISO et ASTM International dans le but de créer un ensemble de normes ISO/ASTM
sur la fabrication additive.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 52911 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

Introduction
La fusion laser sur lit de poudre polymère (LB-PBF/P) décrit un procédé de fabrication additive (FA)
et offre une alternative de fabrication supplémentaire aux procédés établis. La LB-PBF/P offre la
possibilité de réduire les délais et coûts de fabrication, tout en élargissant les fonctionnalités de la pièce.
Les praticiens connaissent les points forts et les points faibles des procédés de fabrication traditionnels
utilisés depuis longtemps, tels que les procédés de coupe, d’assemblage et de formage (par exemple,
par usinage, soudage ou moulage par injection) et leur accordent l’attention nécessaire au stade de la
conception et du choix du procédé de fabrication. Dans le cas de la LB-PBF/P et de la FA en général, les
ingénieurs de conception et de fabrication ne disposent que d’une réserve d’expérience limitée. Sans les
limites associées aux procédés classiques, l’utilisation d’une LB-PBF/P offre un grand degré de liberté
aux concepteurs et aux fabricants, et ceci exige une compréhension des possibilités et des limites du
procédé.
La série ISO 52911 fournit des lignes directrices pour différentes technologies de fusion sur lit de
poudre (PBF). Il est prévu que la série comprenne l’ISO 52911-1 sur la fusion laser sur lit de poudre
1)
métallique (LB-PBF/M), le présent document sur la LB-PBF/P et l’ISO 52911-3 sur la fusion sur lit
de poudre métallique par faisceau d'électrons (EB-PBF/M). Les Articles 1 à 5, où des informations
générales comprenant la terminologie et le procédé PBF sont fournies sont similaires pour toute la
série. Les articles suivants portent sur la technologie spécifique.
[8]
Le présent document est basé sur le VDI 3405-3:2015 . Il fournit un support aux utilisateurs de la
technologie, tels que les ingénieurs de conception et de fabrication, lors de la conception de pièces
qui nécessitent d’être fabriquées au moyen de la LB-PBF/P. Cela aidera les praticiens à explorer les
avantages de la LB-PBF/P et à reconnaître les limites liées au procédé lors de la conception des pièces.
[4]
Il s’appuie également sur l’ISO/ASTM 52910 pour étendre les exigences, les lignes directrices et les
recommandations pour la conception FA pour intégrer le procédé PBF.
1) En préparation.
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NORME INTERNATIONALE ISO/ASTM 52911-2:2019(F)
Fabrication additive — Conception —
Partie 2:
Fusion laser sur lit de poudre polymère
1 Domaine d'application
Le présent document spécifie les caractéristiques de la fusion laser sur lit de poudre polymère (LB-
PBF/P) et fournit des recommandations détaillées de conception.
Certains des principes fondamentaux sont également applicables à d'autres procédés de fabrication
additive (FA), sous réserve que les caractéristiques spécifiques à un procédé soient dûment prises
en compte.
Le présent document fournit également un État de l’Art des lignes directrices de conception associées
à l’utilisation d’une fusion sur lit de poudre (PBF), en compilant des connaissances pertinentes sur ce
procédé et en élargissant le domaine d’application de l’ISO/ASTM 52910.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO/ASTM 52900, Fabrication additive — Principes généraux — Principes essentiels et vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l’ISO/ASTM 52900 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:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
surface de contre-dépouille
D

(sous-)zone où la projection du vecteur normal n sur l'axe z est négative
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
3.2
angle de la contre-dépouille
δ
angle entre le plan de la plateforme de fabrication et la surface de contre-dépouille (3.1)
Note 1 à l'article: La valeur est comprise entre 0° (parallèlement à la plateforme de fabrication) et 90°
(perpendiculairement à la plateforme de fabrication).
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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

Note 2 à l'article: Voir la Figure 1.
3.3
surface de dépouille
U

(sous-)zone où la projection du vecteur normal n sur l'axe z est positive
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
3.4
angle de la dépouille
υ
angle entre le plan de la plateforme de fabrication et la surface de dépouille (3.3)
Note 1 à l'article: La valeur est comprise entre 0° (parallèlement à la plateforme de fabrication) et 90°
(perpendiculairement à la plateforme de fabrication).
Note 2 à l'article: Voir la Figure 1.
Légende
z sens de fabrication
SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 1 — Surfaces de dépouille et de contre-dépouille U et D, angles de la dépouille et de la

contre-dépouille υ et δ, vecteur normal n
4 Symboles et termes abrégés
4.1 Symboles
Les symboles donnés dans le Tableau 1 sont utilisés dans le présent document.
Tableau 1 — Symboles
Symbole Désignation Unité
a porte-à-faux mm
2
D surface de contre-dépouille mm
2
I îlot mm

vecteur normal —
n
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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

Tableau 1 (suite)
Symbole Désignation Unité
3
P pièce mm
Ra rugosité moyenne µm
Rz rugosité de surface moyenne µm
2
U surface de dépouille mm
δ angle de la contre-dépouille °
υ angle de la dépouille °
4.2 Termes abrégés
Les termes abrégés suivants sont utilisés dans le présent document.
FA fabrication additive
AMF format de fichier de la fabrication additive
CT tomographie informatisée
DICOM imagerie et communications numériques en médecine
CAO Conception assistée par ordinateur
EB-PBF/M fusion sur lit de poudre métallique par faisceau d'électrons
LB-PBF fusion laser sur lit de poudre
LB-PBF/M fusion laser sur lit de poudre métallique (également appelée, par exemple, fusion par
faisceau laser, fusion sélective par laser)
LB-PBF/P fusion laser sur lit de poudre polymère (également appelée, par exemple, fusion par fais-
ceau laser, fusion sélective par laser)
IRM imagerie par résonance magnétique
PBF fusion sur lit de poudre
STL format de stéréolithographie ou langue de pavage de surface
3MF format de fabrication 3D
5 Caractéristiques des procédés de fusion sur lit de poudre (PBF)
5.1 Généralités
Les caractéristiques spécifiques du procédé de fabrication utilisé pour optimiser la conception d'une
pièce doivent être prises en compte. Des exemples de caractéristiques de procédés FA qui nécessitent
d'être pris en compte pendant les phases de conception et de planification du procédé sont énumérés de
5.2 à 5.8.
5.2 Dimension des pièces
La dimension des pièces est limitée par la surface de travail/le volume de travail de la machine PBF.
L’apparition de fissures et la déformation causée par les contraintes thermiques limitent également la
dimension de pièce maximale. Un autre facteur pratique important qui limite la dimension maximale
de la pièce est le coût de production, qui est directement lié à la dimension et au volume de la pièce.
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Le coût de production peut être réduit en choisissant un emplacement de la pièce et une orientation
de la fabrication qui permettent d'imbriquer le plus de pièces possible. De même, le coût de la poudre
nécessaire pour remplir le lit au volume requis (profondeur de la pièce × surface du lit) peut être pris
en considération. Les règles en matière de réutilisation des poudres affectent ce coût de manière
significative. Si aucune réutilisation n’est admise, alors la totalité de la poudre est mise au rebut quel
que soit le volume solidifié.
5.3 Bénéfices à prendre en compte en ce qui concerne le procédé PBF
Les procédés PBF peuvent être avantageux pour la fabrication de pièces lorsque les points suivants sont
pertinents:
— Les pièces peuvent être fabriquées à leur forme quasi-définitive (c’est-à-dire, près de la forme et de
la dimension à l’état fini), sans autres outils de post-traitement, en une seule étape du procédé.
— Les degrés de liberté de conception des pièces sont généralement élevés. Les limites des procédés de
fabrication classiques sont généralement inexistantes, par exemple, pour:
— l’accessibilité de l’outil, et
— les dégagements.
— Une grande diversité de géométries complexes peut être produite, telles que:
[17]
— géométries de forme libre, par exemple, structures organiques ;
— structures à topologie optimisée;
— structures de remplissage, par exemple, structures en nid d’abeille, sandwich et maille.
— Le degré de complexité de la pièce est très peu lié aux coûts de production.
— Les procédés d’assemblage et de jointage peuvent être réduits par une fabrication monobloc.
— Les caractéristiques globales de la pièce peuvent être configurées de manière sélective en ajustant
localement les paramètres de procédé.
— Réduction des délais de production de la pièce.
5.4 Limites à prendre en compte en ce qui concerne le procédé PBF
Certains inconvénients habituellement associés aux procédés de FA doivent être pris en compte pendant
la conception du produit.
— Un rétrécissement, des contraintes résiduelles et une déformation peuvent apparaître en raison de
différences locales de températures.
— La qualité de surface des pièces FA est généralement influencée par la technique de fabrication en
couches (effet d’escalier). Un post-traitement peut être exigé, en fonction de l’application.
— Les écarts par rapport aux tolérances de forme, de dimension et de position des pièces doivent être
pris en compte. Une tolérance d’usinage doit donc être fournie pour la finition post-production. Les
tolérances géométriques spécifiées peuvent être obtenues par un post-traitement de précision.
— Des caractéristiques anisotropes surviennent généralement sous l’effet de la fabrication en couches
et doivent être prises en compte pendant la planification du procédé.
— Tous les matériaux disponibles pour les procédés traditionnels ne sont pas actuellement adaptés
aux procédés PBF.
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— Les propriétés des matériaux peuvent s’écarter des valeurs attendues connues d’autres technologies
telles que le moulage par injection et la coulée. Les propriétés des matériaux peuvent être influencées
de manière significative par les réglages et le contrôle du procédé.
5.5 Efficacité sur le plan des coûts et des délais
Sous réserve que la géométrie autorise la disposition d’une pièce dans l’espace de fabrication de
telle manière qu’elle puisse être fabriquée de la manière la plus rentable possible, différents critères
d’optimisation sont disponibles en fonction du nombre d’unités planifiées.
— Dans le cas d’une production ponctuelle, la hauteur est le facteur le plus influent sur les coûts de
fabrication. Les pièces doivent être orientées de manière à réduire autant que possible la hauteur de
fabrication, sous réserve que la géométrie permette une telle orientation.
— Si l’objectif est de fabriquer un plus grand nombre d’unités, l’espace de fabrication doit alors être
utilisé le plus efficacement possible. Sous réserve que la géométrie de la pièce permette une telle
orientation, des stratégies de réorientation et d’imbrication doivent être utilisées pour augmenter
autant que possible l’espace de fabrication disponible.
— La poudre qui demeure dans le système après une fabrication peut être réutilisée dans certains cas.
La réutilisation dépend de l’application, du matériau et des exigences spécifiques. Les changements
de poudre peuvent être inefficaces et chronophages. Bien qu’ils soient nécessaires en cas de
changement de type de matériau, les poudres provenant de fabrications d’un matériau identique
peuvent être réutilisées. Il est important de noter, cependant, qu’un recyclage de poudre peut
affecter la granulométrie de la poudre, qui à son tour impacte les caractéristiques de la pièce finie.
Le nombre de recyclages possibles d’une poudre dépend du fabricant de la machine et du matériau.
5.6 Contraintes d’éléments (îlots, porte-à-faux, effet d’escalier)
5.6.1 Généralités
Puisque les pièces FA sont fabriquées par couches successives, une séparation des éléments peut se
produire à une étape donnée de la fabrication. Cela dépend de la géométrie de la pièce. Les situations de
5.6.2 à 5.6.4 doivent être considérées comme critiques à cet égard (le niveau de criticité dépend de la
technologie PBF concernée).
5.6.2 Îlots
Les îlots (I) sont des éléments qui se relient entre eux pour former une pièce (P) uniquement à un stade
ultérieur du procédé de fabrication. Le mode d’établissement de cette liaison doit être pris en compte
pendant la phase de conception. Les pièces qui sont stables du point de vue de leur conception globale
peuvent être instables à un certain stade du procédé de fabrication (voir la Figure 2, à gauche et au
centre).
NOTE Dans certaines circonstances, les îlots ne sont pas protégés des dommages mécaniques survenant
pendant le procédé d’application de la poudre. Cela peut conduire à une déformation des îlots.
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SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 2 — Îlots I (à gauche) et porte-à-faux a (à droite) pendant la fabrication d’une pièce P
dans l’axe z
5.6.3 Porte-à-faux
Les zones ayant un angle de porte-à-faux de 0° produisent un porte-à-faux d’une longueur a (voir la
Figure 2, à droite). Les faibles porte-à-faux ne nécessitent aucune géométrie supplémentaire sous forme
de structures de support. Dans de tels cas, la zone de projection est autoportante pendant la fabrication.
Les valeurs admissibles de a dépendent du procédé PBF spécifique, du matériau et des paramètres de
procédé utilisés.
5.6.4 Effet d’escalier
Du fait de la fabrication en couches, la géométrie 3D de la pièce est convertie en image 2,5D avant la
production, par échelons graduels dans le sens de fabrication. L’erreur associée à l’écart entre cette
image 2,5D et la géométrie d'origine est décrite comme effet d’escalier. Son ampleur dépend largement
de l’épaisseur de la couche (voir la Figure 3).
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ISO/ASTM 52911-2:2019(F)

SOURCE VDI 3405-3:2015.
Figure 3 — Impact des différentes épaisseurs de couche sur l’effet d’escalier
5.7 Exactitude dimensionnelle, de forme et de position
Il n’est généralement pas possible de produire les tolérances qui peuvent être obtenues avec des
procédés de fabrication basés sur des outils traditionnels. Pour cette raison, un post-traitement peut
être nécessaire pour satisfaire aux exigences (client). Le post-traitement peut comprendre la fabrication
soustractive, le traitement de surface, le traitement therm
...

Questions, Comments and Discussion

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