Additiv tillverkning – en teknisk roadmap

Additiv tillverkning har det pratats om sedan 90-talet, men det är först nu när tekniken börjat mogna ordentligt som fler företag känner sig redo att börja använda produktionsmetoden.

Och då går det ofta fel.

– Många företag gör misstaget att ge sig in i additiva tillverkningen utan att först ta fram ett riktigt business case. Man vill testa tekniken och gör det på en viss komponent, eller tar fram en prototyp i ett häftigt material, och drar sen slutsatsen att ”det inte lönade sig”, säger Seyed Hosseini, grundare av Applikationscenter för additiv tillverkning på RISE.

Det är viktigt att ta saker i rätt ordning, menar han. De fem stegen nedan bygger på RISE unika kompetens och erfarenhet längs hela kedjan från idé till verifierad produkt. RISE har varit involverat i additiva tillverkningsprojekt i alla typer av branscher, utvecklat 3D-printing som industriell produktions­metod för bland annat metaller, polymerer, betong, fiber­komposit och sandformar för gjutning – och genomför forskning som bidrar till en effektivare produktionskedja genom digitalisering av produktion, produkt och efterbearbetning.

– Vi kan verkligen de här stegen vid det här laget. Vi kan det för vår egen skull också, vi har gjort hela resan själva, utom det avslutande industrialiseringssteget.

STEG 1. Bygg ett business case baserat på additiv tillverkning

Satsa först bygga ett business case där ni riktar in er på att tillverka en befintlig produkt effektivare, gärna med högre kundvärde. Till exempel lyckades GE Aviation, som tillverkar och hyr ut flygmotorer till flygbolag runt om i världen, att minska bränsleförbrukningen på deras senaste jetmotor GE9X med tio procent. Turbinbladens vikt kunde halveras med hjälp av tekniken och ett material som utvecklats speciellt för ändamålet.

En annan väg in i den additiva tillverkningen är att testa en ny affärsmodell som additiv tillverkning möjliggör.

– Det viktiga är att börja med en strategi från ledningsnivå och räkna på  kostnader och tänkbara nya affärsmöjligheter. Det behöver finnas ekonomi i det från början, säger Seyed Hosseini.

RISE skräddarsyr workshopar som hjälper ledningsgrupper att se, vrida och vända på möjligheterna, undvika dyra misstag och bana väg för att komma in i det additiva tillverkningsparadigmet på bästa sätt.

STEG 2. Kompetensutveckla nyckelfunktionerna

Additiv tillverkning bygger på delvis andra principer än traditionell tillverkning. För att lyckas med den nya tekniken krävs att både produktchefer, inköpare och konstruktörer kompletterar sina befintliga kunskaper och erfarenheter.

– Traditionell tillverkning utgår ofta från att tillverka komponenter med raka kanter som skall passa mot varandra i olika montagesteg. Ofta tillverkar man från ett ämne och skär bort material till dess att man har nått önskad form. Additiv tillverkning utgå istället från den organiska struktur som är mest hållfast eller ger bäst funktion för ändåmålet. Vi har mycket att lära av naturen som utvecklat former och geomtrier för att uttnyttja material så optimalt som möjligt. Att konstruera med dessa nya möjligheter ställer krav på kreativitet, nytänkande och vidareutbildning, säger Seyed Hosseini.

RISE ger utbildningar anpassade för produktchefer, inköpare respektive konstruktörer. Produktchefer lär sig vilka produktegenskaper som går att uppnå med additiv tillverkning, inköpare lär sig kravställa på rätt sätt, och konstruktörer lär sig hur produkter kan konstrueras effektivare, geometriskt friare och materialsnålare.

STEG 3. Utveckla produkten

När det finns en bra business case, och personalen har utbildats i hur de kan ta tillvara på de additiva möjligheterna kommer den utmanande fasen att producera och kvalitetssäkra.

– Ofta krävs här att man behöver ta fram nya material, eller utveckla det material man har använt tidigare. Inom additiv tillverkning finns inte alla material tillgängliga ännu. Här hjälper RISE till att ta fram parametrar för material till 3D-printningen.

I vissa fall kan material behöva bytas ut eller modifieras, i andra fall krävs nya varv vid ritbordet.

STEG 4. Producera

När produkten ska tillverkas medföljer allt som har med produktionen att göra: hälsa och säkerhet, lokalkrav och rätt arbetsmiljö, standardiserade arbetsprocesser, produktionsplanering, efterbearbetning, spårbarhet och ett högt kunnande kring utrustning.

Ett viktigt beslut att fatta här är om den additiva produkten ska tillverkas in-house eller på någon av de servicebyråer som erbjuder additiv tillverkning. En lång rad faktorer behöver vägas in, både ekonomiska och strategiska. Några exempel:

• Hur många exemplar som ska tillverkas. Om man enbart ska tillverka ett fåtal komponenter är det bättre att ta hjälp av kunnandet hos en servicebyrå. De är kvicka att förstå vilken funktion du är ute efter och tillverkar kostnadseffektivt
• Om ditt företag identifierat flera lämpliga komponenter för additiv tillverkning och det finns goda strategiska affärsmöjligheter kan det vara intressant att ha egen tillverkning. Det skyndar på kompentenshöjningen inom företaget och ökar markant möjligheterna.
• Behovet av egen kontinuerlig kvalitetssäkring (större behov = mer talar för in house)

STEG 5: Industrialisera

Inte många företag i Sverige, eller ens i världen, har ännu gått in i en storskalig produktion. Men vi ser ändå att industrialiseringstakten ökar, särskilt för vissa additiva tillverkningsmetoder, såsom PBF (Powder Bed Fusion), Binder jetting, FDM (Fused Deposition Modeling) och SLS (Selective Laser Sintering).

– Siemens i Finspång är ett av de första exemplen. Ett exempel är deras snabba reparationsprocess av brännartoppar till industriella gasturbiner. Istället för att kassera en hel brännare, så skär man bort toppen och med additiv tillverkning bygger upp en ny. På så vis kan man spara väldigt mycket material samtidigt som man kan bygga in nya funktioner såsom kylkanaler för ökad prestanda och längre livslängd. Både tiden men även kostnaden för reparation minskas väsentligt.

– Vad som är viktigt att tänka på när ert företag väl har kommit så här långt är att möta branschspecifika krav och standarder för additiv tillverkning. Eftersom additiv tillverkning är relativt nytt är standarder fortfarande under utveckling.

RISE arbetar med de flesta branscher och följer utvecklingen inom additiv tillverkning. Så hör av er när ni har kommit så långt. Vi hjälper er att lyckas i arbetet med kvalitetssäkringar, processvalideringar och produktcertifieringar.