ISO/ASTM 52911-2:2019

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
• ICS: 25.030 - Additive manufacturing
• Technical Committee: ISO/TC 261 - Additive manufacturing
• Drafting Committee: ISO/TC 261/JG 57 - Joint ISO/TC 261-ASTM F 42 Group: Process-specific design guidelines and standards
• Current Stage: 9060 - Close of review
• Completion Date: 04-Mar-2030

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 International 2019
© 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
reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on
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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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Published in Switzerland
ii © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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

Bibliography .20
iv © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

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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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.
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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

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
D downskin area mm
I island mm

normal vector —
n
P part mm
2 © ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved

Table 1 (continued)
Symbol Designation Unit
Ra mean roughness µm
Rz average surface roughness µm
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

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

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

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

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 exchange file is very important in communicating part size.
If part geometry is imported from a 3D imaging modality, such as CT or MRI, then the data are
composed of voxels. The DICOM format is the standard used in the medical imaging industry and some
AM software tools read these files directly. Geometric resolution is controlled by the imager resolution.
6 Design guidelines for laser-based powder bed fusion of polymers (LB-PBF/P)
6.1 General
The design guidelines in this clause take into account the specific characteristics of LB-PBF/P. In
general, the PBF process for polymers is similar to that for metals as it includes a thermal source for
inducing fusion between the powder particles, a method for limiting powder fusion to a zonal region
per layer, as well as mechanisms to add the powder layers. Materials typically used are polyamides
(PA 11, PA 12 and their derivatives), although other materials can be processed as well. Some unfused
powders can be recycled in subsequent builds, usually by mixing the recycled powder with virgin
powder. In addition, materials can be filled or mixed with other materials, such as glass and carbon
fibres, to improve strength and thermal, electrical and fire-retardant properties. This clause describes
the implications of
— build orientation, positioning and arrangement,
— material properties of fused polymers,
— surface characteristics of fused polymers,
— aspects of post-production finishing and
[8]
— other design considerations .
6.2 Material and structural characteristics
Different powdered thermoplastics are available for LB-PBF/P, of which semi-crystalline materials are
the most widely used. In polymer PBF, the powder bed is pre-heated and the temperature is maintained
a few degrees below the melting temperature of the polymer. The elevated powder bed temperature not
only reduces the required energy input from the laser for melting but also prevents the molten polymer
from recrystallizing during the build process. Recrystallization during the build process contributes
to part shrinkage and warpage, which can lead to a failed build. PBF polymers typically exhibit a
melt temperature that is higher than the recrystallization temperature, and the difference defines a
[8]
processing window that can be exploited by the PBF process . The typically broad softening range of
amorphous thermoplastics, on the other hand, impedes this type of process control. Areas exposed to
© ISO/ASTM International 2019 – All rights reserved 7

the laser beam solidify rapidly. As a result, the viscous flow associated with fusion and stress relaxation
[9][10][11]
are impeded, and the parts are characterized by high porosity and low mechanical strength .
Due to their desirable characteristics for polymer PBF, the most common polymers are semi-crystalline
polyamides, including PA 12, PA 11 and their derivative
...

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 International 2019
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Publié en Suisse
ii © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

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

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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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.
vi © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

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).
© ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés 1

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
D surface de contre-dépouille mm
I îlot mm

vecteur normal —
n
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Tableau 1 (suite)
Symbole Désignation Unité
P pièce mm
Ra rugosité moyenne µm
Rz rugosité de surface moyenne µm
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.
4 © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

— 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.
© ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés 5

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).
6 © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

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 thermique ou d’autres opérations conformes à
l’ISO/ASTM 52910.
À cet égard, il est particulièrement important de connaître et de prendre en compte les paramètres de
procédé qui influencent les caractéristiques de la pièce finie. Par exemple, l’orientation de fabrication
détermine dans une certaine mesure le niveau d’exactitude qui peut être obtenu. Un rétrécissement
de la pièce dépendant de la direction (anisotrope) peut survenir en raison de la fabrication en couches.
Comme autre exemple, la cohérence entre les couches peut être affectée par l’emplacement de la pièce
sur la plateforme de fabrication.
5.8 Qualité des données, résolution, représentation
L’utilisation de la FA exige des données géométriques en 3D qui sont généralement représentées sous la
forme d'un modèle à pavage, mais d’autres représentations peuvent également être utilisées, incluant
les voxels ou les représentations par découpage en tranches. Pour les données pavées, les fichiers
décrivent la géométrie de surface d’une pièce sous la forme d'une série de maillages triangulaires. Les
sommets des triangles sont définis selon la règle de la main droite et en utilisant le vecteur normal.
Le format de fichier STL est reconnu comme le format d’échange de données dans la quasi-totalité de
[5]
l’industrie. Les formats supplémentaires comprennent l’AMF, qui est décrit dans l’ISO/ASTM 52915 .
Dans un pavage, les surfaces courbes sont approchées par des triangles et la résolution choisie du
pavage détermine la qualité géométrique de la pièce à fabriquer. Si la résolution est trop basse, les
côtés des triangles définis dans le fichier STL seront visibles sur la surface finie (c’est-à-dire qu’elle
apparaîtra avec des facettes). Néanmoins, un pavage avec une résolution trop élevée exige un important
espace de stockage et est long à transférer et à manipuler avec un logiciel de traitement. La résolution
d’un pavage est généralement influencée par une mesure de tolérance, souvent appelée «hauteur de
corde», qui décrit l’écart maximal d’un point sur la surface de la pièce par rapport à la face du triangle.
Par conséquent, des valeurs de tolérance plus faibles conduisent à des écarts plus faibles par rapport
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à la surface réelle de la pièce. La règle générale consiste à définir la tolérance comme étant au moins
5 fois inférieure à la résolution du procédé FA. Un réglage de hauteur de corde compris entre 0,01 mm
et 0,02 mm est donc recommandé pour la plupart des procédés PBF. D’autres paramètres peuvent être
utilisés pour définir l’exactitude du maillage, en fonction du système.
L’AMF prend en charge la représentation d’informations au-delà des simples considérations
géométriques. Par exemple, les unités de pièce (millimètres, mètres, pouces), les couleurs, les matériaux
et les structures en treillis sont pris en charge. Les fichiers STL contiennent uniquement la géométrie
pavée, tandis que les fichiers 3MF intègrent certaines des fonctionnalités de représentation des
métadonnées du format AMF. Il est très important d’incorporer des unités dans le fichier d’échange de
données pour communiquer la dimension des pièces.
Si la géométrie de la pièce est importée à partir d'une modalité d'imagerie 3D (par exemple, CT ou IRM),
les données sont alors composées de voxels. Le format DICOM est la norme utilisée dans l'industrie
de l'imagerie médicale et certains outils logiciels FA lisent directement ces fichiers. La résolution
géométrique est contrôlée par la résolution de l’imageur.
6 Lignes directrices de conception pour la fusion laser sur lit de poudre
polymère (LB-PBF/P)
6.1 Généralités
Les lignes directrices de conception du présent article tiennent compte des caractéristiques spécifiques
de la LB-PBF/P. En général, le procédé PBF est similaire à celui des métaux, puisqu’il comprend une
source thermique pour induire une fusion entre les particules de poudre, une méthode pour limiter
la fusion de la poudre à une région par couche, ainsi que des mécanismes pour ajouter les couches de
poudre. Les matériaux typiquement utilisés sont les polyamides (PA 11, PA 12 et leurs dérivés), bien
que d’autres matériaux puissent également être traités. Certaines poudres non fondues peuvent être
recyclées dans les fabrications suivantes, généralement en mélangeant la poudre recyclée avec de la
poudre vierge. De plus, les matériaux peuvent être remplis ou mélangés avec d’autres matériaux, comme
des fibres de verre et de carbone, pour améliorer la résistance et les propriétés thermiques, électriques
et ignifugeantes. Le présent article décrit les implications de
— l’orientation de fabrication, du positionnement et de la disposition,
— les propriétés de matériau des polymères à l’état fondu,
— les caractéristiques de surface des polymères à l’état fondu,
— les aspects liés à la finition post-production, et
[8]
— d’autres considérations de conception .
6.2 Caractéristiques des matériaux et structures
Différents matériaux thermoplastiques en poudre sont disponibles pour la LB-PBF/P, parmi lesquels
les matériaux semi-cristallins sont les plus communément utilisés. Dans PBF polymère, le lit de poudre
est préchauffé et la température est maintenue à quelques degrés en dessous de la température de
fusion du polymère. La température élevée du lit de poudre ne réduit pas seulement l’apport d’énergie
du laser requise pour la fusion, mais empêche également la recristallisation du polymère fondu
pendant le procédé de fabrication. Une recristallisation pendant le procédé de fabrication contribue
au rétrécissement et au gauchissement de la pièce, qui peut conduire à l’échec de la fabrication. Les
polymères PBF présentent généralement une température de fusion supérieure à la température de
recristallisation, et la différence définit une fenêtre de traitement qui peut être exploitée par le procédé
[8]
PBF . La plage de ramollissement des thermoplastiques amorphes, généralement vaste, fait cependant
obstacle à ce type de contrôle du procédé. Les zones exposées au faisceau laser se solidifient rapidement.
Par conséquent, cela affecte le flux visqueux associé à la fusion ainsi que la détente, et les pièces sont
[9][10][11]
caractérisées par une forte porosité et par une faible résistance mécanique .
8 © ISO/ASTM International 2019 – Tous droits réservés

En raison des caractéristiques recherchées pour le procédé PBF polymère, les polymères les plus
communément utilisés sont les polyamides semi-cristallins, y compris PA 12, PA 11 et leurs dérivés,
tels que le PA 12 chargé à la fibre de verre et le PA 11 ignifugé. Dans des cas particuliers, des matériaux
amorphes, déliantables ou élastomères, ainsi que des mélanges polymère-polymère et des matériaux
thermodurcissables peuvent également être traités par PBF. Un choix de matériaux disponibles est
donné dans le Tableau 2.
NOTE Les fiches signalétiques du matériau sont disponibles auprès des fournisseurs du matériau et des
bureaux de service.
[12]
Tableau 2 — Vue d’ensemble des matériaux disponibles pour LB-PBF/P
Matériau de poudre polymère Champ d’application Principales propriétés
Polymères semi-cristallins Aptitude à l’emploi à long
Pièces polymères (semi-)rigides
par exemple, PA 12 terme
Polymères semi-cristallins à haute température Pièces polymères à haute tem- Aptitude à l’emploi à long
par exemple, PEEK pérature terme
Polymère amorphe Moulage de précision et Précis et particulièrement
par exemple, PS modèles perdus poreux
Polymères sacrificiels utilisés comme liants Polymères dégradables
Pièces en métal ou céramique
par exemple, PMMA thermiquement et amorphes
Aptitude à l’emploi à long
Polymères semi-cristallins chargés Pièces ayant des propriétés
terme et capacité à suppor-
par exemple, PA-GF, PA-Al, PA-Cu particulières
ter des charges élevées
Polymères élastomères Aptitude à l’emploi à long
Pièces élastiques
par exemple, TPU terme
Mélanges polymère-polymère Applications émergentes Applications spécialisées
Polymères thermodurcissables
Applications émergentes Utilise une liaison chimique
par exemple, résine époxy
Les propriétés des matériaux dépendent de divers facteurs, y compris le type de polymère, la
granulométrie, le degré de recyclage de la poudre et les conditions de traitement. En particulier, la
répartition de la température pendant le procédé de fabrication a un effet significatif sur les propriétés
des matériaux. La répartition de la température dans la plateforme de fabrication est affectée par
l’étendue et l’uniformité du préchauffage, la densité de la pièce dans la plateforme de fabrication,
la densité de l’énergie laser et la vitesse de refroidissement post-fabrication. Pour ces raisons, il est
difficile d’énoncer des principes généraux sur la structure et les propriétés de matériau qu’il est possible
[10]
d'obtenir . Cependant, des études à grande échelle des polyamides ont indiqué que des résistances
comparables à celles de pièces moulées par injection pouvaient être atteintes avec une faible variabilité
(approximativement 10 %), même pour les pièces orientées perpendiculairement au plan de fabrication,
alors que l’allongement à la rupture est généralement très inférieur à celui des pièces moulées par
[8]
injection .
6.3 Anisotropie des caractéristiques du matériau
Les pièces LB-PBF/P ont généralement une anisotropie considérable entre différentes orientations.
Les plages types des valeurs de caractéristiques mécaniques du matériau PA 12 dérivées d’un essai
[7]
interlaboratoires sont indiquées dans le VDI 3405-1 . L’anisotropie dans le plan de fabrication, c’est-
à-dire entre les directions x et y, est très faible lorsque des directions de balayage par intersection
[13]
alternée sont utilisées . Par opposition, une anisotropie particulièrement importante est observée
entre le plan de fabrication et l’axe z (direction z). La résistance et l’allongement à la rupture en
particulier montrent de grandes différences selon les orientations, tandis que le module d’élasticité
ne diffère pas de plus de 6 %. La résistance à la traction entre les orientations peut varier jusqu’à
[11]
25 %, tandis qu’il convient dans l’idéal que l’écart soit nettement inférieur à 25 % . Dans le cas de
l’allongement à la rupture, la différence peut varier de 20 % à 70 % selon la machine et les paramètres.
L’allongement à la rupture présente donc le plus fort comportement anisotrope où, dans certains cas,
on peut observer le passage d’un comportement de rupture ductile avec une limite d’élasticité dans le
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plan de fabrication à un comportement de rupture fragile dans le sens de fabrication. Les plus hautes
valeurs de résistance et d’allongement à la rupture sont atteintes dans le plan de fabrication, tandis que
le module d’élasticité est souvent plus élevé dans le sens de fabrication. Les valeurs caractéristiques
des orientations de fabrication restantes se trouvent entre ces extrêmes, où l’allongement à la rupture
et la résistance en particulier diminuent à mesure qu’augmente l’angle par rapport au plan horizontal.
De plus, l’anisotropie des propriétés mécaniques de la pièce dans les marges et les angles de l’espace de
fabrication est généralement plus prononcée dans le centre du fait des températures de préchauffage
plus faibles causées par les variations de température du lit de poudre. Cet effet se produit en particulier
lorsque d’autres matériaux que le PA 12 sont utilisés.
6.4 Orientation de fabrication, positionnement et disposition
6.4.1 Généralités
L’orientation, le positionnement et la disposition des pièces ont un effet significatif sur les
caractéristiques de la pièce dans la LB-PBF/P. L'orientation de fabrication de la pièce doit être convenue
entre le client et le fournisseur de la pièce, et doit être documentée de manière à pouvoir être utilisée
aux fins d'inspection, de finition ou de reprise. Il convient que l’orientation de fabrication suive les
[6]
règles données dans l’ISO/ASTM 52921 . Par conséquent, il doit être pris en compte le fait que les
considérations du point de vue de la fabrication peuvent être différentes des considérations qui visent à
optimiser les performances de la pièce. Les effets de l’orientation de fabrication sur les caractéristiques
mécaniques et sur l’exactitude de la reproduction de la surface sont décrits dans les paragraphes
suivants. D’autres aspects sont brièvement présentés de 6.4.2 à 6.4.5.
6.4.2 Revêtement en poudre
Pendant la LB-PBF/P, des forces de contact peuvent être transférées du système de recouvrement vers
les pièces à mesure que les couches sont déposées. Dans une machine bien configurée, ces forces peuvent
être très faibles, mais doivent néanmoins être prises en compte lors de l’orientation des structures en
filigrane.
Dans la mesure du possible, les parois verticales extrêmement minces ne doivent pas être alignées
parallèlement à l’applicateur de revêtement.
6.4.3 Emplacement de la pièce dans la chambre de fabrication
La LB-PBF/P est un procédé thermique. La chambre de fabrication est préchauffée à seulement quelques
degrés Kelvin en dessous de la température de fusion du matériau. Les structures de support ne sont
normalement pas nécessaires lors d’une LB-PBF/P compte tenu de ce préchauffage. Cependant, la
répartition de la température est souvent hétérogène. Elle est généralement plus basse dans les angles et
autour des bords. De plus, le volume adjacent a un impact sur la répartition thermique. Les températures
plus froides sur les bords de la chambre de fabrication peuvent affecter l’exactitude de la pièce et les
propriétés du matériau. Si un niveau d’exactitude ou de propriétés du matériau particulièrement élevé
est exigé pour une pièce, il est préférable de positionner celle-ci à proximité du centre de la chambre
de fabrication. Un chauffage zonal tout comme d’autres technologies peuvent aider à compenser les
différences de température entre les régions internes et externes de la chambre de fabrication, mais les
régions les plus externes de la chambre de fabrication sont de toute évidence plus exposées à un risque
d’écarts de température non contrôlés.
6.4.4 Surfrittage
Puisque le laser balaie le lit de poudre pour faire fondre les poudres dans une pièce fabriquée, il crée des
zones affectées thermiquement à l’intérieur et autour de la pièce concernée. Sur les bords des régions
balayées, une partie de la poudre environnante peut être suffisamment chauffée pour qu’elle fonde sur
les bords de la pièce. Ce phénomène, appelé surfrittage, peut conduire à accroître les dimensions de la
pièce, en particulier sur les su
...