3D-tulostuspalvelun kestävä tuotanto
Kuutsa, Tommi (2025)
Diplomityö
2025
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025032721655
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025032721655
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tarkastellaan 3D-tulostuspalvelun kestävää tuotantoa ja vertaillaan eri lisäävän valmistuksen (AM) valmistusmenetelmiä ympäristövaikutusten näkökulmasta. Työssä keskitytään erityisesti Design for Additive Manufacturing (DfAM) -periaatteen soveltamiseen sekä AM-tekniikoiden, kuten Material Extruding (MEX), VAT Photopoly-merization (VPP) ja Powder Bed Fusion (PBF) välisiin eroihin.
Työ sai alkunsa Maker3D Oy:n asiakastyöstä, jossa analysoidaan DfMA:n vaikutusta hen-kilöhisseissä käytettävän vaijeriohjaimen uudelleensuunnitteluun ja sen vaikutuksia tuotan-nontehostamiseen sekä hiilijalanjälkeen. Hiilijalanjälki vaijeriohjaimelle on suoritettu elin-kaariarviointi (LCA)-menetelmää hyödyntäen cradle-to-gate tarkastelujakson aikana. Arvi-oinnin aikana huomioitiin tarkastelujaksossa syntyneet hiilipäästöt materiaalin valmistukses-ta valmiiseen vaijeriohjaimeen asti.
Tulokset osoittavat DfAM:n mukaisen uudelleensuunnittelun mahdollistavan materiaalin-kulutuksen ja tuotannontehokkuuden parantamisen. Valmistusmenetelmien välillä havaittiin eroja prosessien laitteiden energiankulutuksissa sekä cradle- to-gate tarkastelujakson aikai-sissa hiilipäästöissä.
Vaikka työn tuloksia ei voida suoraan käyttää muille komponenteille, osoittavat tulokset kuitenkin sen, että DfMA:ta on syytä hyödyntää kestävämpien tuotantoratkaisuiden saa-vuttamiseksi. Lisäksi hiilijalanjälkilaskenta voidaan integroida prosessiin mukaan tarkem-pien kestävyysvaikutusten arvioimiseksi. Työn jatkotutkimuksessa voitaisiin selvittää alku-peräisen vaijeriohjaimen hiilijalanjälki eri sarjamäärillä ruiskupuristusmenetelmällä ja verrata sen tuloksia lisäävän valmistuksen menetelmiin. Lisäksi vaijeriohjaimelle voitaisiin hyödyn-tää DfMA:ta laajemmin sekä suorittaa tarkempi elinkaariarviointi. This thesis examines the sustainable production of a 3D printing service and compares dif-ferent additive manufacturing (AM) methods from an environmental impact perspective. It focuses on the application of the Design for Additive Manufacturing (DfAM) principle and the differences between AM techniques such as Material Extrusion (MEX), VAT Photo-polymerization (VPP) and Powder Bed Fusion (PBF).
The work was inspired by a customer project at Maker3D Oy to analyse the impact of DfMA on the redesign of a wire rope guide used in body lifts and its effects on production efficiency and carbon footprint. The carbon footprint of the wire rope guide was carried out using a life cycle assessment (LCA) methodology over the cradle-to-gate review peri-od. The assessment considered the carbon emissions generated during the period from ma-terial manufacturing to the finished wire rope guide.
The results show that redesigning according to DfAM can lead to improvements in material consumption and production efficiency. Differences were found between the manufactur-ing methods in the energy consumption of the process equipment and in the cradle-to-gate carbon emissions during the study period.
Although the results of this work cannot directly be applied to other components, the re-sults show that DfMA can be used to achieve more sustainable production solutions. In addition, carbon footprint calculations can be integrated into the process for a more accu-rate assessment of sustainability impacts. Further research could be carried out to determine the carbon footprint of the original wire rope guide with different batch sizes using the injection moulding method and compare its results with those of additive manufacturing.
Työ sai alkunsa Maker3D Oy:n asiakastyöstä, jossa analysoidaan DfMA:n vaikutusta hen-kilöhisseissä käytettävän vaijeriohjaimen uudelleensuunnitteluun ja sen vaikutuksia tuotan-nontehostamiseen sekä hiilijalanjälkeen. Hiilijalanjälki vaijeriohjaimelle on suoritettu elin-kaariarviointi (LCA)-menetelmää hyödyntäen cradle-to-gate tarkastelujakson aikana. Arvi-oinnin aikana huomioitiin tarkastelujaksossa syntyneet hiilipäästöt materiaalin valmistukses-ta valmiiseen vaijeriohjaimeen asti.
Tulokset osoittavat DfAM:n mukaisen uudelleensuunnittelun mahdollistavan materiaalin-kulutuksen ja tuotannontehokkuuden parantamisen. Valmistusmenetelmien välillä havaittiin eroja prosessien laitteiden energiankulutuksissa sekä cradle- to-gate tarkastelujakson aikai-sissa hiilipäästöissä.
Vaikka työn tuloksia ei voida suoraan käyttää muille komponenteille, osoittavat tulokset kuitenkin sen, että DfMA:ta on syytä hyödyntää kestävämpien tuotantoratkaisuiden saa-vuttamiseksi. Lisäksi hiilijalanjälkilaskenta voidaan integroida prosessiin mukaan tarkem-pien kestävyysvaikutusten arvioimiseksi. Työn jatkotutkimuksessa voitaisiin selvittää alku-peräisen vaijeriohjaimen hiilijalanjälki eri sarjamäärillä ruiskupuristusmenetelmällä ja verrata sen tuloksia lisäävän valmistuksen menetelmiin. Lisäksi vaijeriohjaimelle voitaisiin hyödyn-tää DfMA:ta laajemmin sekä suorittaa tarkempi elinkaariarviointi.
The work was inspired by a customer project at Maker3D Oy to analyse the impact of DfMA on the redesign of a wire rope guide used in body lifts and its effects on production efficiency and carbon footprint. The carbon footprint of the wire rope guide was carried out using a life cycle assessment (LCA) methodology over the cradle-to-gate review peri-od. The assessment considered the carbon emissions generated during the period from ma-terial manufacturing to the finished wire rope guide.
The results show that redesigning according to DfAM can lead to improvements in material consumption and production efficiency. Differences were found between the manufactur-ing methods in the energy consumption of the process equipment and in the cradle-to-gate carbon emissions during the study period.
Although the results of this work cannot directly be applied to other components, the re-sults show that DfMA can be used to achieve more sustainable production solutions. In addition, carbon footprint calculations can be integrated into the process for a more accu-rate assessment of sustainability impacts. Further research could be carried out to determine the carbon footprint of the original wire rope guide with different batch sizes using the injection moulding method and compare its results with those of additive manufacturing.