top of page

Additiv tillverkning

Eller vad tänker jag, efter tre dagar på konferens om AM i NYC?

Additive manufacturing (AM) är inte en teknik det är en teknologi, ett teknikområde! Och man blir lätt lite förvirrad. Att principen, addera istället för att subtrahera, har ett värde är klart och att det finns många applikationer som kommer att tjäna på att man tillverkar dem additivt är klart. Men det är nog också klart att det inte är alla applikationer som tjänar på additivt och att man måste välja. Detta välja blir då komplicerat när det är ett nytt (stort) teknikområde. Inte färdigutvecklat på sina håll och med avsaknad av standards.


Men man bör nog ändå alltid utvärdera additive manufacturing som ett alternativ, med avseende på supply chain och ledtider, med avseende på materialåtgång, map på design och produktprestanda och med avseende på time to market, från idé till färdig produkt ur produktion. Tekniken är mogen och fortsätter utvecklas snabbt så det är tydligt att det är ett attraktivt alternativ i många fall. Redan idag.


Mycket handlar om hur man skall kunna skala upp snabbare, ta en större andel av marknaden för att producera, bli en relevant tillverkningsindustri.


Hur värdefullt är det att göra något 1% bättre?

Någon sa att marknaden är mer mogen i USA, för de tar snabbare till sig ny teknik. Synen på att testa och misslyckas är en annan. I Europa skall vi vara helt säkra på att det är rätt innan vi kör. Vilket kan vara ett bra förhållningssätt i många situationer, men kanske inte om man skall lära sig och ta till sig möjligheter med ny teknik.


Ett annat skäl till att man kanske har kommit längre i USA är att man där sedan en tid medvetet försöker flytta hem produktion. Till exempel har man flyttat produktion av smide och gjutgods till Kina och Östeuropa - offshore - nu vill man ta hem produktionen av säkerhetsskäl men det finns inte längre några leverantörer kvar i USA. I stället för att bygga nya gjuterier så kan man satsa på Large Scale AM.


I USA är så kallade service bureaus, framgångsrika, dvs verkstäder som printar på beställning och som har kompetens inom lite olika tekniker.


Men även om man kommit längre i USA med att använda AM, så är det en försvinnande liten marknad fortfarande, någon sa att AM marknaden i USA omsätter 0,1 % av den totala tillverkningsmarknaden.


Det är fortfarande dyrt, kostnad per producerat kg är hög (särskilt för metall). Och det saknas fortfarande repeterbarhet och standards. Det finns inget enkelt sätt att garantera att en produkt får samma egenskaper från tillfälle till tillfälle, från maskin till maskin. I någon mån blir varje ny print ett nytt projekt. Och det håller tillbaka utvecklingen särskilt vad gäller volymproduktion. Det är dessutom ont om utbildad personal, kompetenta och erfarna tekniker och ingenjörer


Många talar om att hela processen från idé till produkt blir helt annorlunda. Och att det ställer stora krav på stöd-processer och kring kompetenser, vilket ytterligare försvårar omställningen till AM.


Någon sa att om tekniken ställer krav på omvärldsfaktorer, finansiärer och utbildningsväsende för att bli framgångsrik, så är det fel på tekniken. Då måste tekniken utvecklas och man kan tjäna på att se det som ett tekniskt problem att det saknas utbildad arbetskraft till exempel. Tekniken är inte färdigutvecklad om det behövs för mycket utbildad personal.


Utvecklingen är tätt kopplad till utveckling av olika material, polymerer och legeringar. Det öppnas nu möjligheter att använda material som inte tidigare fungerat för att de kanske inte gick att gjuta eller skära. Man kan få produktegenskaper som man tidigare fick förhandla bort mot tillverkningsbarhet. Man kan också blanda olika material och optimera med blandningar av olika material. Ännu inte enkelt, metall och plast i samma dock vad det verkar.


AM tekniker

Istället för att tala om AM så borde man tala om de olika delteknikerna och de olika materialen. Det är inte tydligt hur den slutliga uppdelningen kommer att se ut, jag såg många olika modeller, men man gör nog klokt i att dela på polymerer och metaller, sedan har de båda många underkategorier.

Fickguide till olika AM tekniker

Sedan kan man också dela upp beroende på hur materialet tillförs, pulver eller tråd tex. Hur stora bitar, ofta mätt i volym man kan tillverka är också centralt. Mer än en kubikmeter anses stort. Men som sagt det finns många olika sätt att se det på och det viktigaste är att man förstår att AM inte är ett, AM är minst 50 olika.



Metal additive manufacturing technology landscape, många varianter av tekniker bara för metaller.

Förutom att det är ett stort område av olika tekniker så visar det sig dessutom att det inte finns så många synergier som man kanske tror mellan de olika teknikerna. Design for additive manufacturing, DfAM, ser olika ut för olika tekniker. De mjukvaror som behövs för att snabbt och enkelt gå från idé och design till färdig produkt ser olika ut. Business caset och värdena ser olika ut. Det finns alltså en risk för att man tycker att man testar AM, och att det inte fungerar för ens behov, men det beror på att man valt fel teknik till den applikation man är intresserad av. Det betyder inte att man inte kan ha glädje av AM om man gör rätt val av teknik.

I början är det bra om man hjälps åt och delar kunskap och erfarenheter men rätt fort blir det förvirrat om man inte inser att man inte jobbar med samma typ av AM.



Från maskiner till end-to-end process

Vi är mer vana att hantera spånor än att hantera pulver. Att få en effektiv hantering och en säker miljö när det är stora mängder pulver ställer nya krav på våra verkstäder. Det visar sig också att det blir mycket stor skillnad i lönsamheten om man gör rätt eller fel. Man måste återanvända pulvret på rätt sätt. Annars blir egenskaperna i produkten snabbt försämrade.

Det i sig är nästan ett område man måste specialisera sig på – AM Powder Management.

AM Powder Management

Det är fortfarande ganska långt kvar till autonomous additive manufacturing. Det behövs idag många klick, eller mycket handpåläggning, från design till färdig produkt. Mjukvaror för design och produktion är inte integrerade, pulverhanteringsprocessen är inte utvecklad, med mera. Ekosystemet behöver utvecklas och byggas ihop bättre.


Vilka värden skapas med AM - möjliga business case

Exempel på värden med AM i detta fall en teknik som heter WAAM
  • Mindre sårbar supply chain.

  • Ersätta till exempel gjutgods och smide, när det inte finns leverantörer, eller är för långa leveranstider.

  • Spara tillverkningskostnad

  • Tillverka sådana delar som inte längre går att få tag på

  • Minska kapitalbindning i reservdelsförråd.

  • Skapa nya geometrier som inte vart möjligt med traditionell tillverkning

  • Blanda olika material för att få olika egenskaper, för att få kostnadseffektivitet både under produktion och livstid, typiskt lättvikt.

Exempel på viktminskning och minskning av materialåtgång från DB – tyska järnvägen
  • Mindre materialåtgång och kassation, av kostnads och miljöskäl.

  • Särskilt vanligt är att vilja göra produkter lättare, för att spara bränsle till exempel.

  • Att förråds hålla plaster är inte optimalt då de åldras. Särskilt elastomerer. Så att printa vid behov kan undvika inkurans.

  • Snabbare prototyp och verktygsproduktion var kanske där 3d printning startade och är fortsatt ett vanligt value case


För stora komponenter ger AM en möjlighet att snabbt gå från design till färdig produkt. Där leveranstider och bearbetningstider med traditionella tekniker ofta är jättelånga

När AM används för prototyper är värdet hastigheten, när det används för serieproduktion måste värdet vara något annat. Inom medicin tex den absoluta individanpassningen, i flygindustrin lättvikt.


AM möjliggör en mer effektiv modularisering. Det visas många exempel på att man sparat pengar genom att bara byta den lilla delen som är del av en större enhet. Ibland går den lilla delen inte att köpa, ibland lönar det sig inte att lagerföra reservdelar på den lägsta nivån utan de måste lagerföras på en lite högre nivå och då byter man hela enheter. Onödigt om man kan printa bara den lilla trasiga delen.


Många industrier jobbar med att göra saker mindre. Traditionellt blir det dyrare och dyrare om man skall producera litet, i elektronikbranschen till exempel, men det passar bra med AM.


Att kunna gå mot en digital tillverkning där man skickar data och ritningar, snarare än produkter, i alla fall på samma kontinent, är ett värde som kan få branschen att lyfta.

Boeings process för att identifiera delar lämpliga för 3d printning

Exempel branscher

På konferensen fokuserades förutom allmänt på tekniken och strategier, på tre så kallade verticals, marknader, medicin, dental och transportindustrin


Vi har en åldrande befolkning och 3d-printning gör stor nytta både inom tandvård och ortopedi, kanske blir det den medicinska delen som gör att området lyfter. Där finns en växande marknad och spännande lösningar som inte konkurrerar med en befintlig teknik utan ger svar på olösta problem.


När en teknik inte är en teknik utan snarare ett ekosystem som skall ersätta ett annat ekosystem så tar det tid, först skall hela systemet fungera, sedan skall det vinna mot alla alternativ. Och de kommer ju att ta chansen att streta emot. Om man bygger något som inte ersätter något annat kan det gå fortare. Och så är det ofta inom medicin.


Inom medicin så används mycket av tekniken till att förbereda och utföra operationer med bättre resultat och mer effektivt. Det är lönsamt att göra en fysisk modell, det är lönsamt att göra en fixtur som underlättar arbetet. Motsvarande resonemang borde finnas i underhåll, för att optimera planerade stopp.


Inom medicin har man insett att värdet av att printa enklare engångsdetaljer är högre än att förrådshålla och desinficera utrustning som återanvänds. Det kanske också är ett case för industrin.


Inom tandvården har utvecklingen kommit långt. AM är en teknik som kostnadseffektivt löser problem för branschen. Det kan därför vara intressant att förstå vad som händer där bland de som ligger långt fram. Även om dental är den mest mogna delen av branschen så finns det mycket utveckling kvar, kanske inte inom maskin och material men inom mjukvara och automation och AI, end to end processen.

Trender inom dental:

  • nya och ännu bättre material så att det blir en permanent krona

  • att produktionen flyttar till tandläkaren/patienten och inte sker i en fabrik/ett laboratorium

  • totalt digitalt flöde från scanning av tand/hål till färdig tand.


Fordonsindustrin pratar om att de kommer kräva design och ritningar både för traditionell tillverkning och AM av sina leverantörer. I serieproduktion kanske använda de traditionella metoderna men för reservdelar och reparation och vid leveransproblem då kunna använda den printade.

Exempel på applikationer från DB – tyska järnvägen

Utmaningar

Det talades väldigt lite om problem. Post-processing upplevs som ett problem. Det vill säga det som behöver göras efter att man printat, rengöring, vidare bearbetning av ytor med mera. Men postprocessing behövs väl alltid? Ibland vill vi att det nya skall vara en perfekt lösning på alla våra gamla problem, det räcker inte med att det är bättre på några områden och samma på andra.


Det antyds att man måste vara medveten om arbetsmiljö med hantering av pulver och trycksattagaser. I vissa fall kan också restpulvret vara farligt, reaktivt, explosivt!


Några uttryckte oro för tillbakagång i utvecklingen. En så kallad AM vinter.

Skall man lyckas implementera en helt ny teknik måste man överdriva för att få uppmärksamhet, sedan får man fel och då är man ute ett tag till dess att det man lovade till slut blir sant.


Hur ser framtiden ut?

Marknaden är mogen vad gäller maskiner, det finns många leverantörer av bra maskiner, men ännu saknas end to end processen och där kommer mycket förbättringar att ske.

Även om metall är intressant så kommer AM antal mässigt vara mest polymerer länge.

Det som kommer öka mest är produktion av slutkomponenter, prototyper och verktygstillverkning kommer också att öka, men både på polymer och metallsidan är det skapandet av produktion av produkter som kommer att på allvar växa marknaden.


Många stora företag, Boeing, Deutsche bahn (DB), printar redan idag mycket. Boeing printar 70000 delar på 17 olika ställen i USA. DB kan printa 10% av sina reservdelar, men gör det inte än. De har dock printat 80000 delar hittills. De har som vision att 2040 skall hälften av allt som tillverkas åt dem vara printat och de kommer då att använda 50 olika AM tekniker. Då är marknaden stor!

Strategi för AM för DB – tyska järnvägen

Kanske får man också draghjälp av att industrin är förändringsberedd. Digitalisering och elektrifiering gör att många industrier håller på att bygga om sina produkter, sina processer och då kommer AM att kunna vara ett alternativ.


Att tekniken nu kanske lyfter snabbt beror på att världen blivit medveten om risker med långa leverantörskedjor. Värdet av decentraliserad, lokal produktion för att minska sårbarhet har ökat. Då kan AM vara den perfekta lösningen.

Det digitala förrådet är en framtidsvision


Vill du läsa mer, kolla gärna här:






36 visningar0 kommentarer

Senaste inlägg

Visa alla

Comments


bottom of page