Survey on the Possibilities of Utilizing Metal Additive Manufacturing at an Industrial Company

Abstract

The assignment for the bachelors’ thesis was given by Valmet Jyväskylä. The topic was to survey the possibility of utilizing metal additive manufacturing at the company. The goal was to find potential applications, evaluate the manufacturing costs and define the factors that need to be considered when designing metal additive manufacturing. Surveying the applications started with studying the theoretical background. Based on this a presentation of the possibilities and the limitations of metal Additive Manufacturing (AM) was presented to several groups to give Valmet personnel a basic understanding of metal AM. A questionnaire was used to collect ideas. Additional ideas were produced through observations and interviews. They were grouped, and the suitability of the candidates was evaluated using a weighted criteria evaluation chart. Two potential ideas were selected for an experimental study to prove the benefits of AM. Requirement lists, simulation software and professionals in the industry were used to support the design. The results included a list of potential applications and a calculation tool, which were used in three different scenarios. Both experimental study parts benefitted from AM and the functionality improved without increasing the costs of the manufacturing to an unreasonable level. Based on the results, a proposal of the aspects to be further developed was made. Based on the results, investing in a metal AM machine could not be justified even though there were many suitable applications. Metal additive manufacturing offered possibilities that traditional manufacturing methods were not able to and therefore the development work should be continued in co-operation with the service providers.

Opinnäytetyön toimeksianto tuli Valmetin Jyväskylän toimipisteestä. Aiheena oli kartoittaa metallin Ainetta lisäävien Menetelmien hyödynnettävyys (AM) Rautpohjan toiminnoissa. Tavoitteena oli löytää sopivia käyttökohteita, arvioida valmistuskustannuksia ja löytää suunnitteluun vaikuttavat tekijät suunniteltaessa ainetta lisääville menetelmille. Käyttökohteiden kartoitus aloitettiin perehtymällä teoriataustaan. Sen pohjalta valmisteltiin esitys metallin AM mahdollisuuksista ja rajoitteista, joka pidettiin useille ryhmille, jotta työntekijät osasivat arvioida tuotteiden sopivuutta omatoimisesti. Ideoiden kerääminen toteutettiin pääasiassa sähköisellä kyselylomakkeella, mutta lisää ideoita tuotettiin havainnoimalla ja haastattelemalla henkilöstöä. Ideat ryhmiteltiin ja soveltuvuuden arviointi toteutettiin arvotaulukolla. Potentiaalisimmista ideoista valittiin kaksi tapaustutkimukseen, jolla pyrittiin osoittamaan AM:n hyötyjä. Suunnittelun tukena käytettiin vaatimuslistaa, simulointiohjelmia ja alan ammattilaisia. Tuloksena syntyi lista sopivista käyttökohteista ja kustannuslaskelma valmistuskustannuksista kolmessa eri tapauksessa. Molempiin tapaustutkimuksen kohteisiin saatiin tuotettua lisäarvoa suunnittelemalla ne valmistettavaksi AM menetelmillä ilman, että kustannukset nousivat kohtuuttomiksi. Lopuksi tehtiin perusteltu ehdotus jatkotoimenpiteistä. Työn perusteella ei voitu ehdottaa investointia metallitulostimeen, vaikka sopivia käyttökohteita löytyi runsaasti. Kuitenkin, metallin ainetta lisäävät menetelmät tarjoavat mahdollisuuksia, joita muut valmistusmenetelmät ei tarjoa ja siksi kehitystyötä tulisi jatkaa yhteistyössä alan toimijoiden kanssa.