Comparative life cycle assessment of conventional and additive manufacturing : case paper machine part module

Abstract

In this master’s thesis, a comparative life cycle assessment of conventionally manufactured and additively manufactured paper machine part module is conducted. The aim was to provide answers for the following questions: What is the environmental impact of conventionally manufactured and additively manufactured paper machine part module; Which factors affect the environmental impact of conventionally manufactured and additively manufactured paper machine part module, and what causes the differences; In which type of cases can additive manufacturing decrease the environmental impact of part manufacturing compared to conventional manufacturing. The part module was chosen for the study, since primary data is available for both manufacturing routes. The system boundary of the study is cradle-to-gate.

When comparing the additively manufactured part module to conventionally manufactured part module, the results are the following in the chosen impact categories; 58 % lower global warming potential over 100 years, 76 % lower abiotic depletion potential of non-fossil resources, and 59 % lower abiotic depletion potential of fossil resources. The most affecting factors in conventional manufacturing route are raw materials and manufacturing electricity, and in additive manufacturing route raw materials, atomization and manufacturing electricity. The results show that through part optimization, additive manufacturing can be a viable manufacturing route for decreasing the environmental impact of part manufacturing.

Tässä diplomityössä tehdään vertaileva elinkaariarviointi perinteisesti valmistetusta ja lisäävästi valmistetusta paperikoneen osamoduulista. Tarkoituksena oli vastata seuraaviin kysymyksiin: Mikä on perinteisesti valmistetun ja lisäävästi valmistetun paperikoneen osamoduulin ympäristövaikutus; Mitkä tekijät vaikuttavat perinteisesti valmistetun ja lisäävästi valmistetun osamoduulin ympäristövaikutukseen, ja mikä aiheuttaa eroavaisuudet; Millaisissa tapauksissa lisäävä valmistus voi vähentää osanvalmistuksen ympäristövaikutuksia, kun verrataan perinteiseen valmistukseen. Paperikoneen osamoduuli valittiin tutkittavaksi osaksi, koska primääritietoa oli saatavilla molemmille valmistusreiteille. Systeemirajaus tutkimuksessa on kehdosta tehtaan portille.

Kun verrataan lisäävästi valmistettua osamoduulia perinteisesti valmistettuun osamoduuliin, tulokset ovat seuraavat valituissa vaikutusluokissa; 58 % matalampi ilmaston lämmityspotentiaali 100 vuoden aikana, 76 % matalampi ei-fossiilisten luonnonvarojen ehtymispotentiaali, ja 59 % matalampi fossiilisten luonnonvarojen ehtymispotentiaali. Perinteisessä valmistuksessa raakamateriaalit ja valmistuksen sähkö olivat eniten vaikuttavat tekijät, ja lisäävässä valmistuksessa merkittävimpiä tekijöitä olivat raakamateriaalit, atomisointi sekä valmistuksen sähkö. Tulokset näyttävät, että osan optimoinnin kautta lisäävä valmistus on varteenotettava vaihtoehto vähentämään osanvalmistuksen ympäristövaikutuksia.