Materialadderande tillverkning ur ett miljöperspektiv

Transkript

1 Materialadderande tillverkning ur ett miljöperspektiv LISA HÄMÄLÄINEN LINDA BURMAN MG104X Examensarbete inom Teknik och Management Stockholm, Sverige 2013

2 Materialadderande tillverkning ur ett miljöperspektiv En studie av teknikens möjligheter att minska dagens utsläppsavtryck av Lisa Hämäläinen Linda Burman MG104X Examensarbete inom Teknik och Management KTH Industriell teknik och management Industriell produktion SE STOCKHOLM

3 Sammanfattning Materialadderande tillverkning (MAT) är den generella termen som används för alla tillverkningstekniker som går ut på att man bygger upp fysiska objekt genom att lägga ihop material lager-pålager. I vårt arbete undersöker vi huruvida MAT är ett teknikområde som kan minska dagens utsläppsavtryck genom att effektivisera processerna bakom de olika aktiviteterna hos tillverkande företag. Vi beskriver kortfattat teknikens historiska utveckling, de viktigaste teknikerna inom området och hur de används idag. Vi gör sedan en jämförelse mellan de olika teknikerna där vi visar på skillnader, likheter och en del av de begränsningar som finns. Vi tittar även på vilka miljömål och krav som ställs från samhället idag. Slutligen har vi utrett vilka miljömässiga möjligheter och fördelar som finns för att tekniken ska bidra till en miljömässigt hållbar produktion. Tekniken har tidigare främst använts för tillverkning av prototyper och modeller för presentation av produkter men med tanke på den utveckling som har skett och med tanke på teknikens möjligheter så finns det fler användningsområden. Exemplevis kan tekniken användas för tillverkning av individanpassade implantat inom medicin och effektiv tillverkning av jetmotorer inom flygindustrin. Dessa industrier är i stort behov av komplexa produkter när det gäller form men också när det kommer till montering och då är materialadderade tillverkning fördelaktig jämfört med andra tekniker. Teknikens fördelar och möjliga användningsområden är ur ett miljöperspektiv många. Möjligheten att tillverka produkter med komplexa former är en stor fördel som leder till en mängd nya tillämpningar som kan innebära ökad funktion och livslängd på produkterna. Således kan användningen effektiviseras hos slutanvändaren. En annan fördel är att man kan minska materialåtgången vid produktion för pulverbaserade tekniker eftersom nästintill allt material som används blir en del av slutprodukten och det oanvända material kan återanvändas. Dessutom kan MAT bidra till en mer behovsanpassad produktion samtidigt som produktionen kan göras lokal och således minska på det transportbehov som finns idag. Det vi har kommit fram till i arbetet är att man kan minska på utsläppen och resursslöseriet från produktionen markant genom att integrera tekniken genom hela produktionskedjan, från idé till slutanvändare.

4 Abstract Additive manufacturing (AM) is the general term used for all technologies that build objects by adding material layer-by-layer. In this project we have investigated whether it is possible to reduce emissions by improving the different activities and processes within a manufacturing company by using AM. We describe the fundamentals of AM, how it was developed and we look into some of the most commonly used techniques and how they are used today. We compare the different techniques within AM and what kind of limitations there are with this technology. Furthermore we discuss the different environmental goals and demands that society have today in general. Finally we investigate what kind of possibilities there are with AM to reduce the environmental impact from today s production. The technology has mainly been used for prototypes and models for presentations, but considering the progress within AM that has occurred since it first was developed shows that there are more areas where the technology can be used. AM can be used e.g. within the medical field for producing tailored implants and within the aerospace industry to produce jet engines more efficiently. Medical and aerospace industry are in great need of tailor made products and complex shaped products both in respect of shape and also with regard to assembly. Because of these reasons it is a better option to use AM than to use traditional manufacturing technologies. There are also many reasons for using AM from an environmental point of view. The possibility to produce complex shapes is the greatest advantage with the technology. This may lead to products more efficient in their applications and therefore having a longer lifetime. The use of products made by AM also leads to more efficient use for the final customer. Another advantage with the technology is that the need of material and also the waste of material can be reduced because almost all material in use turns into a part of the final product. Furthermore the use of AM can make the production more adapted to the actual needs and the technology can also make the production more local. This reduces the need of transportation. Our conclusion is that it is possible to reduce emissions and waste of resources from production if AM is integrated in the production chain, from idea to final customer.

5 Förord Denna rapport är resultatet av ett kandidatexamensarbete vid institutionen för industriell produktion på Kungliga Tekniska högskolan (KTH) och har upprättats under perioden januari till maj Vi vill tacka vår handledare Per Johansson och alla de som hjälpt oss med idéer, goda råd och erfarenheter under arbetets gång. Vi vill tacka Klas Boivie, forskare vid Sintef, för hans stöd och idéer till arbetet. Vi vill även tacka Zhijian Shen, professor vid Stockholm universitet inom materialkemi för att ha tagit sig tid att träffa oss och dela med sig av sin erfarenhet och forskning inom ämnet. Vi vill även tacka GT Prototyper AB, Arcam AB och Prototal AB för att ha gett oss tillstånd att använda deras bilder i vårt arbete. Linda Burman och Lisa Hämäläinen Stockholm den 8 maj 2013 v

6 Innehåll 1 Bakgrund Syfte och problemformulering Metod Avgränsningar Ordlista Materialadderande tillverkning Historisk utveckling Tekniska beskrivningar Stereolitografi (SLA) D-print (3DP) Electron Beam Melting (EBM) Selective Laser Sintering (SLS) Direct Metal Laser Sintering (DMLS) Skillnader mellan teknikerna Begränsningar inom materialadderande tillverkning Tekniska faktorer Materialegenskaper Digitalisering Kunskap Röster från forskare Miljömål och krav 13 4 Möjligheter till en hållbar produktion Komplexa former Materialåtgång Behovsanpassad produktion Lokal produktion Användningsområden Medicinteknik Flyg- och fordonsindustrin Diskussion Slutsatser Framtid Referenser 29 vi

7 1 Bakgrund Majoriteten av all produktion idag sker med subtraktiva metoder där material tas bort. De flesta processer utgår från gjutna solidblock som sedan bearbetas med skärande metoder som till exempel borrning och fräsning. Detta leder till att det går åt mer material än vad som krävs för själva produkten. En stor del av de verktyg som används inom den konventionella produktionen såsom gjutformar och skärhuvuden blir inte heller en del av slutprodukten. Många företag har dessutom flyttat produktionen till lågkostnadsländer eller centraliserat sin produktion till en fabrik. Transporterna blir således längre vilket i sin tur ökar koldioxidutsläppen från produktionen. Detta är exempel på problem som måste lösas för att produktionen ska kunna betraktas som miljömässigt hållbar. Begreppet hållbarhet har på senare tid fått ett mycket stort genomslag hos både privatpersoner och företag och detta visar på både ett ökat intresse och en ökad medvetenhet gällande dagens miljöproblem. Materialadderande tillverkning är den generella termen för alla tekniker som bygger på att man med hjälp av en tredimensionell datamodell lägger ihop material lager-på-lager och på så sätt formar fysiska objekt. Tekniken har hittills främst använts vid tillverkning av modeller och prototyper för utveckling och presentation av produkter. Tillverkningen utgår från ett annat perspektiv då material adderas istället för att subtraheras och därför kan den tänkas ha helt andra förutsättningar beträffande begränsningar, användningsområden och påverkan på miljön. Vi anser att det saknas fakta och rapporter som beskriver tekniken ur ett miljöperspektiv och därför har vi i vårt arbete valt att utreda och redogöra för vilka möjligheter det finns för tekniken att förändra dagens produktion med fokus på miljön. 1.1 Syfte och problemformulering Syftet med detta arbete är att undersöka huruvida materialadderande tillverkning är ett teknikområde som kan bidra till en mer hållbar produktion. Med detta menar vi möjligheten att minska dagens utsläppsavtryck genom effektivisering av processerna bakom de olika aktiviteterna hos tillverkande företag. Vi vill även ta reda på inom vilka områden det i så fall är tillämpbart. För att utreda detta har vi valt att klargöra problemen med hänsyn till tekniska, ekonomiska och miljömässiga faktorer. Dessa faktorer existerar inte isolerade utan leder till intressanta tankar och idéer först när de får samspela med varandra. 1

8 KAPITEL 1. BAKGRUND För att uppnå vårt syfte har vi valt att besvara dessa frågeställningar: Kan materialadderande tillverkning ersätta eller fungera som komplement till konventionella tillverkningsmetoder? När är det i så fall fördelaktigt? Vilka processer och områden inom ett tillverkande företags olika aktiviteter kan materialadderande tillverkning, ur miljösynpunkt, förbättra? För att kunna besvara dessa frågeställningar på ett nyanserat sätt och dessutom ge en bra bild av den materialadderande tillverkningens möjligheter att förbättra produktionen ur miljösynpunkt har vi valt att redogöra för hur tekniken fungerar och används. I vårt arbete beskriver vi teknikens historiska utveckling, de mest centrala teknikerna inom området, var de används och vad som skiljer de olika teknikerna åt. Vi tar även upp ett antal faktorer som begränsar tekniken och vilka miljömål och krav som finns för tillverkande företag idag. Med hjälp av denna teoretiska bakgrund kan vi besvara våra huvudsakliga frågeställningar och dessutom ge en god förståelse för hur tekniken kan användas både nu och i framtiden. 1.2 Metod Med tanke på arbetets syfte och frågeställningar identifierade vi tidigt i arbetsprocessen att en kvalitativ forskningsmetod var mest lämplig. Enligt Nationalencyklopedin kan detta begrepp beskrivas som "en samling arbetssätt där forskaren själv befinner sig i den sociala verklighet som analyseras, att datainsamling och analys sker samtidigt och i växelverkan, samt att forskaren söker fånga såväl människors handlingar som dessa handlingars innebörder". 34 Detta kan jämföras med den, för oss inte lika passande, kvantitativa metoden där forskaren systematiskt samlar in empiriska och kvantifierbara data, sammanfattar dessa i statistisk form samt från dessa bearbetade data analyserar utfallet med utgångspunkt i testbara hypoteser". 31 För oss var det viktigt att få en översiktlig helhetsbild av materialadderande tillverkning och dess möjligheter och begränsningar. Detta för att kunna analysera och dra egna slutsatser på bästa tänkbara sätt och därmed uppnå vårt syfte med arbetet. Det var alltså inte lika viktigt att samla och jämföra stora mängder data och därför passade den kvalitativa studien bättre än den kvantitativa Vi valde att genomföra en litteraturstudie eftersom detta var det bästa sättet att få en översikt över området och dessutom få en en generell uppfattning om materialadderande tillverkning och dess användningsområden. Litteraturstudien baserade vi främst på böcker, rapporter, vetenskapliga artiklar och hemsidor som behandlade ämnet. När det gäller val av källor från hemsidor har vi valt att använda oss av välkända och stora företag eller organisationer som är erkända utgivare av information. Artiklar, böcker och rapporter har vi hämtat från KTH:s databaser inom ingenjörsvetenskap där vi gjort vårt urval baserat på när informationen utgavs, antalet citeringar den har fått och var den har publicerats. Vi har velat ha så aktuell information som möjligt då tekniken är under ständig utveckling. Därför valde vi att bortse från alla artiklar som är mer än 15 år gamla. Dock ska det påpekas att majoriteten av dokumenten är mindre än sju år gamla. För att få så mycket och så tillförlitlig information som möjligt valde vi även att kontakta företag och personer med lång erfarenhet och kunskap inom området. Detta för att få en uppfattning om hur 2

9 1.3. AVGRÄNSNINGAR de ser på tekniken och vilka för- och nackdelar som finns ur deras perspektiv. Studiebesök och diskussioner genomfördes. Denna del av arbetet ansåg vi vara väldigt viktig då en ordentlig uppfattning om tekniken och dess begränsningar krävs för att vi överhuvudtaget ska kunna analysera och dra några slutsatser om ämnet. Kontinuerligt under arbetets gång använde vi litteraturstudien till att utveckla idéer och tankar kring förslag på lösningar, förbättringar och framtida möjligheter för materialadderande tillverkning. Dessa tankar utgick vi från då vi sammanställde vår analys och diskussion. Det faktum att datainsamling och analys sker samtidigt och i växelverkan är som sagt typiskt för en kvalitativ studie. 34 Vi har också valt att ta med information från företagens egna hemsidor. Detta medför en risk då informationen kan vara vinklad till företagens fördel. En annan svaghet i arbetet är att tekniken och dess tillämpningsområden är under ständig utveckling vilket gör att det finns risk för att fakta och information snabbt blir gammal. 1.3 Avgränsningar En stor del av teorin består av tekniska beskrivningar av hur de fem mest använda teknikerna inom materialadderande tillverkning fungerar och används. Vi valde att avgränsa de tekniska beskrivningarna till de mest förekommande teknikerna i våra sökningar inom materialadderande tillverkning: SLS, DMLS, EBM, SLA och 3D-print. Dessa tekniker uppfattade vi vara de mest använda idag och de sträcker sig dessutom över flera tillämpningsområden och material. Detta såg vi som fördelaktigt. Vi ansåg att endast övergripliga tekniska beskrivningar var nödvändiga för vårt arbete för att en jämförelse mellan teknikerna skulle kunna göras. Vi gjorde ytterligare en avgränsning beträffande vilka industrier vi valde att fokusera på. Valet av industrier baserades på vilka som passar vår utbildning inom civilingenjörsprogrammet Industriell ekonomi med inriktning mot integrerad produktion. Vi valde även industrier baserat på de vi fann intressanta ur ett samhälls- och miljöperspektiv. Den första inriktningen blev mot flyg- och fordonsindustrin eftersom de är bland de större industriella tillverkarna idag. De kräver mycket material, har höga volymer och står för en majoritet av dagens utsläpp, både i fabrikerna men även hos slutkunderna. Vår andra industri blev medicinteknik eftersom de har höga krav på individanpassning och således har stor potential att bli en av de största användarna av materialadderande tillverkning. Vi valde att inte jämföra ren energiåtgång vid tillverkningen utan i stället fokusera på principerna bakom tekniken och de processerna som kan förbättras med hjälp av materialadderande tillverkning. Därför har vi valt att inte genomföra en kvantitativ analys och titta på och jämföra exakta siffror och data beträffande aspekter som energiåtgång, teknik och ekonomi. Istället har vi gjort våra analyser på ett kvalitativt sätt. 3

10 KAPITEL 1. BAKGRUND 1.4 Ordlista Tillverkning Är en industriell process för omvandling av råmaterial till färdig produkt23 s.1 Produktion Avser hela processen från idé/konstruktion till färdig produkt. 23 s.2 Tillverkningsskräp Produkter som krävs för tillverkning men aldrig blir en del av slutprodukten, exempelvis skärhuvuden och gjutformar. Ledtid Tidsintervallet från order till slutfört arbete23 s.16 Livscykelanalys Ett sätt att räkna ut en produkts miljöpåverkan under dess livstid från råvara till avfall 35 I miljösammanhang är det oftast koldioxidekvivalenter man räknar för att få en uppfattning om dess miljöpåverkan. Prototyp En försöksmodell som är riktig i funktion, konstruktion och utseende men inte i tillverkningsmetod. 32 Fullfunktionsprototyper En prototyp som har full funktion i sin tillämpning. (källa?) Sintring En tillverkningsteknik där pulver upphettas till så hög temperatur att pulverpartiklarna börjar reagera med varandra och växa samman så att en fast kropp bildas. 33 Epoximaterial En grupp polymera material som fungerar bra som bindemedel. 28 Korrosion En kemisk reaktion mellan ett material och den omgivande miljön. Ett vanligt exempel är stålets rostning. 30 4

11 2 Materialadderande tillverkning Materialadderande tillverkning är ett begrepp som omfattar en mängd olika tekniker. Principen för dessa tekniker bygger på samma grundprocess, nämligen den materialadderande tillverkningsprocessen. Med detta menas att produkterna successivt byggs upp av material som läggs lager-på-lager. Den allra främsta fördelen med tekniken är att den i princip saknar geometriska begränsningar. Detta innebär att man kan tillverka produkter med extremt komplexa former utan behov av gjutformar och speciella verktyg. Du kan exempelvis bygga in och gömma ihåligheter i dina produkter vilket normalt skulle kräva speciella metoder och flera steg i den traditionella tillverkningsprocessen. 41 På både svenska och engelska finns det flera termer som syftar på materialadderande tillverkning: friformsframställning (FFF), 3D-skrivning, additive manufacturing (AM), layer manufacturing (LM) och rapid prototyping (RP) för att nämna några. Då de materialadderande teknikerna är relativt nya är definitionerna inte riktigt utredda varpå alla ovanstående tekniker syftar på i princip samma sak. Vi väljer att följa vår definition för materialadderande tillverkning som förklaras under Tekniska beskrivningar, se kapitel Historisk utveckling MAT har sitt ursprung i CAD-industrin, närmare bestämt från solidmodelleringen, där tredimensionella objekt skapas i elektroniskt format. En solidmodell är en fullständig beskrivning av ett föremåls geometriska utsträckning i alla ledder. 48 Tekniken utvecklades tack vare de tekniska framstegen som skedde inom områden som laserteknologi, materiallära och datavetenskap. Den första tekniken inom MAT, stereolitografi (SLA), patenterades 1987 i Kalifornien av Charles Hull, grundaren av företaget 3D-systems. Tekniken för den första MAT-maskinen, StereoLithography Apparatus-1 (SLA-1), grundades på polymera material och UV-ljus. Sedan dess har flera, mer avancerade tekniker utvecklats. Nya idéer och tekniker har tagits fram av företag i USA och Europa men även i länder som Japan och Israel. Trots alla olika tekniker inom området var det ändå maskinen SLA-1 som lade grunden för den moderna MAT-industrin som vi har idag. 47 s.xi xv 2.2 Tekniska beskrivningar Trots att det finns många olika varianter på tekniker inom MAT kan en generell teknisk beskrivning göras. Grundläggande är att alla MAT-tekniker börjar med en 3D-modell i CAD av den produkt som ska tillverkas. CAD-modellen kontrolleras och överförs till maskinen som det standardiserade filformatet STL (Stereolithography). Denna 3D-modell 5

12 KAPITEL 2. MATERIALADDERANDE TILLVERKNING skivas i tunna horisontella lager med hjälp av en speciell mjukvara och orienteras sedan rätt i maskinen. Därefter börjar maskinen bygga detaljen lager-för-lager enligt CAD-modellens specifikationer Stereolitografi (SLA) SLA eller Stereolithography är den äldsta och en av de mest använda MAT-teknikerna på dagens marknad. En anledning till detta är teknikens goda noggrannhet och skärpa. 20 Namnet stereolithography antyder vad tekniken går ut på, stereo tyder på att det handlar om tillverkning av ett objekt i tre dimensioner och lithography visar att tekniken går ut på stelning och skrivning. 47 s Innan maskinen startar placeras en plattform i ett bad bestående av flytande epoxi, en typ av plast som förändras och härdas när den utsätts för ultraviolett ljus. När UV-lasern lyser på det område som har skiktats i STL-filen stelnar epoximaterialet. När det har stelnat sänks hela plattformen ner ett lager så att ett nytt lager täcks av vätska. Processen upprepas på samma sätt tills föremålet är klart. Produkten tas upp ur badet, tvättas, putsas och stödstrukturen, som krävs för att den ska fästa i plattformen, tas bort. 20 Figur 2.1: Schematisk bild av SLA, från GT Prototyper AB D-print (3DP) 3D-print kallas även 3DP och är en teknik som utvecklades på Massachusetts Institute of Technology. Tekniken går ut på att man med hjälp av ett flytande bindemedel limmar ihop pulver lager-för-lager. Detta sker genom att det flytande bindeämnet skrivs ut på en tunn pulverbädd som då limmar ihop pulverlagren. Man kan jämföra det med en vanlig skrivare som använder bläckpatroner. Skillnaden är att man i 3D-printern istället har en nål som det flytande bindemedlet flödar ut genom. När man är klar med ett lager sänker man bottenplattan lika mycket som lagrets tjocklek och repeterar processen tills alla lager är genomgångna s

13 2.2. TEKNISKA BESKRIVNINGAR Electron Beam Melting (EBM) EBM står för Electron Beam Melting och är en teknik som sker i vakuum med hjälp av en eller flera elektronstrålar. Effekten i en EBM-maskin ligger idag på nära 3000 W och tack vare detta kan material med höga smältpunkter uppemot 3400 C användas, som till exempel titan och volfram. 3 I en EBM-maskin sker processen på en kompakterad pulverbädd som är ett par partiklar tjock. Pulvret matas ur kassetter med hjälp av gravitationen och läggs ut längs en bottenplatta till ett täcke. För varje pulverlager sänks arbetsbordet ned med samma avstånd för att ge en ny slät yta att bearbeta. Elektronstrålen skapas i en generator som accelererar elektronerna. Elektromagnetiska linser fokuserar strålen under arbetet och allting skannas av ett inbyggt CAD-program för att säkerställa noggrannheten och geometrin. 26 I vakuum atomiserar och stelnar pulvret snabbt och hastigheterna man kan arbeta i uppgår till 80 cm 3 i timmen enligt Arcam AB som bland annat tillverkar EBM-maskiner. 3 Vakuum förhindrar också att materialet kontamineras av partiklar i atmosfären eller i behållaren som exempelvis kan bilda karbider eller andra oöonskade defekter under tillverkning. Genom att arbeta i vakuum försvinner denna problematik och man kan på så sätt få bättre materialegenskaper än vad man kan få vid konventionella metoder. 8 Figur 2.2: Schematisk bild av EBM, från Arcam AB Selective Laser Sintering (SLS) SLS är en förkortning av Selective Laser Sintering och är en teknik som utvecklades på University of Texas i Austin i USA. Tekniken bygger på att pulver av polymer eller metall sintras ihop lager-för-lager med hjälp av en laserstråle i vakuum eller i närvaro av inert gas som inte reagerar med omgivningen. Tillverkningsprocessen börjar med att en matare på SLS-maskinen lägger ut ett tunt lager pulver, ofta cirka µm, på arbetsbordet. En roller sveper över ytan så att pulvret fördelas jämnt varefter pulverlagret värms upp till en temperatur precis under smälttemperaturen. En laserstråle rör sig sedan över det upphettade pulvret och sammanfogar partiklarna i ett tvärsnitt enligt STL-filen. Slutligen sänks arbetsbordet ner ett lager och processen upprepas Figur 2.3: Schematisk bild av SLS, från GT Prototyper AB 7

14 KAPITEL 2. MATERIALADDERANDE TILLVERKNING tills detaljen är färdig. 10 s Direct Metal Laser Sintering (DMLS) DMLS eller Direct Metal Laser Sintering är en teknik vars process liknar SLS-tekniken; den önskade produkten skapas genom att pulver sintras ihop med hjälp av en laserstråle. Den stora skillnaden jämfört med SLS är att i DMLS används endast metallpulver. DMLS-maskinen använder sig av en laser som lokalt och direkt upphettar metallpulvret på arbetsbordet. Detta sker lager för lager, enligt STL-filen, tills modellen är färdig. 22 DMLS är en så kallad net-shape-process. Med detta menas att produkten i princip är klar för användning direkt efter tillverkningen och att minimalt efterarbete behövs. Detta för att produkterna redan har en fin ytkvalitet direkt efter tillverkning Skillnader mellan teknikerna När det kommer till att tillverka prototyper är exempelvis SLS en fördelaktig metod eftersom den klarar av många olika typer av material som polymerer i form av nylon och polystyren samt metaller som till exempel stål, titan och legeringar. Dessa egenskaper gör att produkterna passar för industrier med stor variation och därför kan man tillverka prototyper som passar de flesta behov. 10 Idag används SLS vid framställning av prototyper inom allt från medicin till flyg- och fordonsindustrin. 1 De prototyper som tillverkas med SLS är i många fall tänkta som fullfunktionsprototyper. 18 SLS i likhet med EBM klarar av material med höga smältpunkter. Skillnaden är att SLS sintrar ihop material medan EBM smälter ihop det. Detta gör att produkter tillverkade med SLS inte riktigt har lika höga hållfasthetsegenskaper som EBM och är lite porösare i strukturen. EBM-tekniken används således främst där man har behov av goda materialegenskaper, det vill säga få defekter och hög hållfasthet. EBM är en av de snabbare teknikerna på marknaden idag tack vare de högeffektiva elektronstrålarna, men den är ej lämplig för storskalig produktion då det fortfarande tar lång tid att tillverka produkter jämfört med konventionell teknik. De stora fördelarna med SLA är möjligheten att kunna tillverka modeller med hög noggrannhet och god ytkvalitet. Tekniken har bland annat använts inom den medicinska världen i över tjugo år för tillverkning av anatomiska modeller. SLA-tekniken begränsas dock av att både själva processen och materialet som används är dyrt. Dessutom är materialet svårhanterligt då det är flytande. 47 s Om man jämför SLS med SLA är de sintrade SLS-produkterna först och främst billigare och dessutom mycket starkare. Däremot är de inte lika precisa när det kommer till noggrannheten jämfört med SLA. 19 Inom 3DP används främst polymera material eller metaller. Vanliga produkter tillverkade med 3DP är prototyper och formar. Använder man sig av metallpulver är den första prototypen en så kallad grönkropp, det vill säga den saknar styrka och går lätt sönder. 8

15 2.4. BEGRÄNSNINGAR INOM MATERIALADDERANDE TILLVERKNING Vill man öka hårdheten måste den sintras enligt konventionella metoder i en ugn i två steg. Först värms den upp för att det polymera bindematerialet ska smälta bort och för att metallen ska sintras ihop ytterligare. Därefter sintras den tillsammans med valfritt material för att produkten ska suga uppmaterialet i porerna och på så sätt ge den högre densitet och styrka. Metallpulvret sammanfogas i ugnen till ett hårdare material så att produkten klarar av att stå emot tryck och höga temperaturer. 46 Används däremot polymerer kan delstegen i många fall hoppas över och istället fås en funktionsduglig produkt direkt från 3D-printern. Produkter tillverkade med DMLS har utmärkta mekaniska egenskaper. Inom medicin finns många användningsområden där det finns ett stort behov av att ha individanpassade produkter i biokompatibla material som till exempel skelett. DMLS-tekniken används idag bland annat vid tillverkning av knäledsproteser, tandimplantat och även prototyper av kirurgiska instrument Begränsningar inom materialadderande tillverkning Alla tekniker inom MAT bygger på så kallad lager-på-lager-teknik. I och med att dessa lager kan tillverkas och sättas samman på olika sätt finns det många olika maskiner och tekniker att välja mellan. Dessa tekniker har dock liknande begränsningar Tekniska faktorer Lagertjockleken hos modellen spelar stor roll eftersom den tillverkade delen blir noggrannare ju tunnare lagren är. Vissa tillämpningar där noggrannhetskravet är högt kräver mycket tunna lager vilket leder till att maskinerna blir dyrare och att byggprocessen tar längre tid. 16 Modellens dimensioner är begränsade till maskinens storlek. Detta visar att det geometriska oberoendet, som MAT ofta förknippas med, bara är sant till viss del. 16 Styrkan på modellen kan påverkas av att modellen är uppbyggd av många lager som är sammanfogade. Det finns risk att gränsytorna mellan dessa lager bidrar till svagheter som inte finns hos en likadan modell tillverkad av samma material men med en konventionell tillverkningsteknik som till exempel fräsning. 16 Hastigheten är en begränsning i vissa sammanhang då tekniken inte är så snabb som den skulle behöva vara för ett ordentligt genombrott i industrin. Ofta tar det timmar eller dagar för en modell att tillverkas beroende på vald process, storlek och orientering på modellen. Dessutom tar förberedandet av tillverkningen tid eftersom CAD-modellen behöver vara korrekt och noggrant designad för att en bra fysisk modell ska kunna tillverkas. 16 Instängda håligheter i produkten är ett problem eftersom pulvret inte går att få ut efter tillverkningen. Detta är något man måste tänka på i design- och konstruktionsprocessen och då finns det två alternativ om man inte kan tänka sig att pulvret är kvar i håligheten. Det ena är att man gör ett hål någonstans i produkten så att man kan hälla ut pulv- 9

16 KAPITEL 2. MATERIALADDERANDE TILLVERKNING ret efter tillverkningen. Det andra är att tillverka produkten i två halvor som sedan får sammanfogas. 12 Kostnaden begränsar användningen av MAT. Idag är tekniken relativt dyr i förhållande till andra tekniker. Det är främst produkter med komplexa former som man tjänar på att tillverka med denna teknik Materialegenskaper Materialegenskaperna saknar idag standarder beträffande hållfasthetsegenskaperna vilket är en begränsande faktor då det är svårt att veta vilka egenskaper man får vid tillverkningen. Materialegenskaperna skiljer sig åt beroende på val av intensitet på strålen, vilken temperatur eller vilket material som används och hur elektron- eller laserstrålen styrs över pulverbädden. Vid användande av samma pulvermaterial, intensitet och temperatur men en annan styrning av strålen kan olika materialegenskaper fås. När ett cirkulärt föremål ska tillverkas brukar laser- eller elektronstrålen normalt cirkulera över området och då hinner de behandlade områdena svalna något mellan varven. Skulle man däremot föra strålen över objektet i ett zigzag-mönster där varje nytt behandlat område ligger direkt mot det området som precis har behandlats bildas andra strukturer i materialet då intensiteten lokalt är högre. Det behandlade området hinner då inte vila innan området intill behandlas. 43 En annan begränsande faktor är att produkterna får anisotropa egenskaper när de tillverkas med materialadderande tillverkning. Normalt innebär detta att produkten är starkare i XY-led än i Z-led vilket innebär att sättet produkten orienteras i maskinen spelar roll för egenskaperna. 44 Detta hindrar många företag från att använda sig av MAT eftersom osäkerheten är stor över vilka materialegenskaper som fås Digitalisering Med MAT är i stort sett all information rörande produktdesign och tillverkning digital och därmed är informationen tillgänglig och öppen för alla. Denna tillgänglighet blir en begränsning eftersom den automatiskt medför risker för företag som väljer att använda sig av tekniken. Risken finns att hemligstämplat material i form av modeller och designidéer läcker ut och görs åtkomliga för andra företag och även för allmänheten. Paralleller kan dras till musik- och filmindustrin där det mesta idag finns tillgängligt för nedladdning på Internet. En blogg som skriver om affärer, finans och management, kallad Schumpeter, och finns på The Economist 42 tar upp frågan beträffade vilka juridiska problem med patent och copyright som detta kan medföra eftersom några lagliga utmaningar inte finns i samma ofattning idag för världen inom MAT. Dessa kan helt klart komma i och med att tekniken blir mer och mer populär. 9 10

17 2.5. RÖSTER FRÅN FORSKARE Kunskap För tillverkning av bra prototyper och modeller krävs god kunskap. Produkterna behöver designas, förberedas och tillverkas av folk som är duktiga på alla de tillverkningssteg som krävs. Kunskap inom områden som design, CAD och olika typer av tekniker och maskiner är en förutsättning för att tekniken ska kunna tillämpas och utnyttjas optimalt. MATtekniken kan kallas för en kunskapsdriven teknik som kräver hög kompetensnivå för att kunna fungera ordentligt. 44 Det som dock kan diskuteras är om inte den konventionella tillverkningen också är kunskapskrävande då konstruktörerna och designerna behöver ha kunskap om alla de olika tillverkningsmetoderna som en normal fabrik har och de begränsningar som finns där. Förutom detta behövs kunskap om de olika maskinerna och hur de arbetar, samt kunskaper om vilka möjligheter till förändringar i arbetslinorna som finns. Begränsningar inom MAT är färre jämfört med konventionell teknik och således är det en enklare process för design och konstruktion. Tekniken erbjuder en större kreativ frihet vid framtagning av nya produkter då begränsningarna för den konventionella tekniken har försvunnit. För att med MAT få de korrekta egenskaperna hos produkten måste dock ingenjören ha djup kunskap och förståelse kring de olika parametrar som påverkar egenskaperna. Det är bland annat lagertjocklek, intensitet på laser- eller elektronstrålen, temperatur på pulverbädden, hastighet på strålen och orientering av produkten. Det kan även handla om vilken av maskinerna som passar bäst för den specifika produktens egenskaper och således är det väldigt många parametrar som enbart är av teknisk karaktär att beakta. Dock är tekniska faktorer aldrig ensamma vid beslut om metod och process, utan ekonomin spelar en oerhört viktig och avgörande roll. Ekonomin är starkt beroende av hur man till exempel orienterar produkten i maskinen eftersom detta påverkar hur lång tid tillverkningen tar. Därför måste de tekniska egenskaperna hela tiden anpassas och balanseras mot de ekonomiska möjligheterna. 2.5 Röster från forskare Vi har upptäckt att det pratas mycket om en revolution i samband med MAT och specifikt när det kommer till det som allmänt kallas "3D-skrivning". Detta begrepp innefattar bland annat de tekniker vi har tagit upp i detta arbete. Forskning och utveckling inom området bedrivs på många olika håll och det diskuteras intensivt om hur tekniken kommer att se ut i framtiden. Inom forskningsvärlden är tonen positiv till användningen och möjligheterna med tekniken. De artiklar vi har hittat och läst talar alla för de många fördelarna med tekniken. I början av vårt arbete träffade vi Zhijian Shen som är professor och forskare inom materialkemi vid Stockholm universitet. Han forskar på materialadderade material genom laser- eller elektronsintring och gav oss en bra översikt över området. Enligt honom har utvecklingen och industrin de senaste åren fått ett ordentligt uppsving och intresset för tekniken har ökat exponentiellt. Han berättar om en mängd olika applikationer för tekniken, bland annat inom leksaksindustrin, mode, medicinteknik och fordonsindustrin och hur de på olika sätt kan ha stor nytta av att använda tekniken. Idag används tekniken 11

18 KAPITEL 2. MATERIALADDERANDE TILLVERKNING bland annat för att tillverka en hel jetmotor i ett enda stycke med hjälp av EBM. Den största anledningen till att tekniken inte har fått ett större genombrott är enligt Shen att företagen inte vet vad de får för materialegenskaper. Därför vågar många inte använda sig av tekniken. Däremot berättar han att det jobbas på att få fram ISO-standarder som kommer att komma inom de närmaste 2-5 åren. Då tror han att användningen av tekniken kommer att spridas ännu mer. 43 Klas Boivie är forskare inom additiv tillverkning (AM) på SINTEF i Trondheim, Norge. SINTEF är en förkortning för Selskapet for industriell og teknisk forskning ved Norges tekniske høgskole som är ett tekniskt forskningsinstitut. Klas Boivie har tidigare doktorerat vid KTH och har skrivit avhandlingen On the Manufacturing of SFF Based Tooling and Development of SLS Steel Material 6 från Vi har haft kontakt med honom under arbetets gång och har på så sätt fått många tips, idéer och tankar. Boivie menar att det tydligt gäller att skilja på de olika teknikerna och förstå de processer som ligger bakom de materialadderande tillverkningsmetoderna då man lätt kan bli förvirrad av att terminologin kan vara både utdaterad och motsägelsefull". När vi berättar om vår tekniska inriktning integrerad produktion säger han att "en av de största utmaningarna för AM inom detta område är att kunna integrera den additiva tillverkningen i det existerande produktionssystemet, så att man skall kunna använda AM när den är som bäst och använda konventionell teknik när det är mera fördelaktigt". Boivie menar på att det ligger i tiden att se på tekniken i förhållande till miljönmen att det är något som det mest har pratats om och han har inte sett så mycket forskning på detta. En anledning till detta är att tekniken främst har använts till prototyper och då är det bara små serier som har tillverkats. När tekniken kommer att användas för produktion i större omfattning blir det en helt annan sakmenar Boivie. Vidare säger han att det tyvärr är så att de potentiella miljövinsterna måste vara ganska stora för att kunna motivera några mera omfattande undersökningar" 7. 12

19 3 Miljömål och krav När man pratar om miljömål talar man idag ofta om ur hållbart något är. Förutom hållbarhet med avseende på miljön talas det även om social och etisk hållbarhet. Vad innebär begreppet? Den allra bästa beskrivningen av hållbarhet anser vi komma från Bruntlandrapporten från 1987 där man definierar hållbar utveckling som "...en utveckling som tillfredsställer dagens behov utan att äventyra kommande generationers möjligheter att tillfredsställa sina behov". Syftet med att tala om hållbarhet är att miljön ska vara närvarande vid varje beslut. För- och nackdelar måste vägas mot varandra med miljön som en stark aktör och därför ska inte ekonomiska vinster premieras om det innebär att miljön offras. Hållbarhet är alltså starkt sammankopplat med att tala om miljön. Det finns dock ett fundamentalt problem när man talar om hållbarhet och ekonomi. Ett tillverkande företag bygger sin verksamhet på ekonomisk tillväxt där den bottnar i att man tar något från naturen och sedan säljer den tillverkade produkten till en kund som behöver den. Hur ska man då göra för att säkerställa ekonomisk tillväxt samtidigt som man skyddar miljön när de är direkta motparter i de allra flesta frågor? Att miljön har blivit en så viktig fråga i dagens samhälle beror mycket på de negativa effekterna av utsläppen som vi ser idag. Torka råder i tidigare frodiga områden, medeltemperaturen ökar globalt och isarna på Arktis smälter. Vad detta kommer att ha för effekter för världens befolkning råder det olika uppfattningar om, men att konsekvenserna kan bli förödande är de flesta överens om. Att ignorera konsekvenserna vid beslutsfattande för att premiera vinster idag, kan därför bli väldigt kostsamt imorgon. På senare år har livscykelanalys blivit ett viktigt begrepp för att få en rättvis uppfattning om en viss produkts påverkan på miljön. Detta för att det är skillnad på om det handlar om en produkt som endast används en gång eller om man som konsument kan ha glädje och nytta av produkten under flera år. Dessutom kan sättet som produkten tillverkas och avvecklas på ha betydelse för dess avtryck på miljön. Vissa produkter är som mest skadliga vid återvinningen, då de egentligen inte går att återvinna på ett hållbart sätt, medan andra är som mest miljöskadliga vid själva tillverkningen. Genom att göra en livscykelanalys går det att på ett enkelt och rättvist sätt avgöra vilken produkt som har minst påverkan på miljön. Det går även att se hur produkten påverkar miljön under hela sin livslängd: från tillverkning tills att den är återvunnen. Livscykelanalys är således ett viktigt begrepp och verktyg för att ge en uppfattning om en produkts miljöpåverkan. Idag finns det klimatmål uppsatta inom Europeiska Unionen (EU) för att förhindra och minimera de negativa effekterna av koldioxidutsläppen. Att tala om koldioxidutsläpp i samband med klimatmål är för att den globala uppvärmningen och majoriteten av våra klimatproblem går att härleda till dessa utsläpp. Då de är kvantifierbara och jämförbara ger de på ett enkelt sätt upphov till bra och användbara nyckeltal. Europeiska kommissionen 13

20 KAPITEL 3. MILJÖMÅL OCH KRAV har gemensamt tagit fram mål inom energi och miljö som ska bidra till ett mer hållbart samhälle. De mål och riktlinjer som finns går under publikationen Europa 2020-målen. Vad de innebär är bland annat; utsläppen av växthusgaser ska minska med minst 20 % jämfört med nivåerna år % av energiförbrukningen ska komma från förnybara energikällor energieffektiviteten ska ha ökat med 20 % 24 Vad dessa mål innebär för klimatet, huruvida det kommer att räcka för att stoppa de negativa effekterna eller inte är ingenting som vi har valt att titta närmare på. De här kraven finns dock redan från EU och är regler och krav som företagen ska följa och leva upp till. För att reglera utsläppen sker idag något som kallas utsläppshandel inom EU. Handeln sker med företag inom energiintensiv produktion, energiproduktion och flygindustri och omfattar då rättigheter på utsläpp. Idag omfattar handeln cirka anläggningar inom Europa. Syftet med handeln med utsläppsrätter är att minska energianvändningen då det finns ett visst antal utsläppsrätter tillgängliga som sänks år för år. En annan viktig poäng är att ge företag ekonomiska incitament för att investera i teknik som sänker utsläppen. Man kan nämligen tjäna pengar på att sälja de utsläppsrätter som inte utnyttjas. Från 2005 till 2020 ska utsläppsrätterna sänkas med 21 % enligt Europas 2020-mål. 36 Sverige har ett nationellt mål om att vara nettoutsläppsfria till år 2050, vilket innebär att ytterligare energieffektiviseringar krävs inom den svenska industrin än enbart de som Europeiska kommissionen har fastställt. Incitament för företag att minska sina utsläpp kommer även från konsumenterna. Med hjälp av sociala medier och enkel tillgång till information via Internet är dagens konsumenter mer informerade om sin och företagens påverkan på miljön. Trender pekar dessutom på att allt fler konsumenter vill ha hållbart producerade produkter och eftersträvar att leva ett liv med minsta möjliga negativa påverkan på miljön. Marknaden för tjänster och produkter producerade på ett hållbart sätt ökar årligen, vilket bland annat kan ses på livsmedelsföretag som ICA där ekologiska och KRAV-märkta produkter tar allt större plats. 25 Även HM som är kända för att tillverka kläder till ett lågt pris har infört ett hållbarhetsperspektiv som ska genomsyra hela deras organisation. De har lanserat ett märke som heter Conscious där kläderna ska vara tillverkade på ett hållbart sätt. 21 Den generella uppfattningen i samhället i stort, vad vi har sett, har varit att det inte går att tillverka hållbara produkter billigt. HM har nu med deras lansering visat på motsatsen och vi tror att kraven på hållbart producerade varor bara kommer att öka. Eftersom konsumenterna idag mer eller mindre kräver att företagen ska vara hållbara ur ett miljöperspektiv blir detta något som de aktivt måste arbeta med för att behålla sin plats på marknaden. Detta leder till starka incitament för att investera i hållbarhet. 14

21 4 Möjligheter till en hållbar produktion I det här kapitlet tar vi upp de områden som kan bidra till en hållbar produktion med hjälp av MAT. 4.1 Komplexa former Komplexa former är former som är svåra att tillverka med traditionella metoder, såsom gjutning, svarvning och fräsning. De omfattar ofta många vinklar, ihåligheter och delar som är svåra att tillverka utan behov av specialverktyg. Komplexa former innefattar också former som har en viss porighet eller struktur, som i princip är omöjlig att få till på andra sätt än via MAT. Komplexa former är således en bred grupp produkter och innefattar i princip alla produkter som kräver flera steg i tillverkningsprocessen. Ett bra exempel på en komplex form är den så kallade trabekulära strukturen som går att tillverka med hjälp av MAT. Strukturen behövs inom medicinsk teknik och erbjuder bättre implantat som kan fästa och växa fast i exempelvis benvävnad. Trabekulär struktur är porig och är tänkt att imitera kroppens egen struktur och på så sätt vara mer kompatibel med kroppen. Strukturen är svår, om inte omöjlig, att tillverka med konventionella metoder Möjligheten till enklare tillverkning av produkter med komplexa geometrier gör att konstruktörerna har en större frihet vid formgivningen. Detta skapar utrymme för helt nya applikationer och möjligheter eftersom hänsyn inte behöver tas till restriktioner i tillverkningsprocessen i samma omfattning Figur 4.1: Trabekulär struktur, bild från Arcam AB som med traditionella metoder. Exempelvis går det att bygga in ihåligheter i produkterna och således göra dem lättare. Detta leder till att materialåtgången kan minska avsevärt. Konstruktörerna kan även skapa effektivare nedkylningskanaler som kan placeras inuti produkten efter behov och som inte måste följa en rät linje som traditionell tillverkning kräver. Dessa exempel visar att det går att tillverka produkter med bättre funktion med hjälp av MAT vilket gör att de fungerar effektivare i sin tillämpning. 15

22 KAPITEL 4. MÖJLIGHETER TILL EN HÅLLBAR PRODUKTION En annan stark fördel med MAT är att det går att tillverka produkter med rörliga delar i ett enda steg. Produkter som normalt kräver flera mindre delar som ska monteras ihop till en rörlig sammansatt produkt kan tillverkas färdigmonterad på en gång. Anledningen till att rörliga delar kan tillverkas med MAT är att tekniken klarar av att ha snäva toleranser och att skapa hålrum med enbart några millimeters mellanrum tack vare den noggrannhet och precision som tekniken har. Montering står idag för cirka 53% av produktionstiden och för cirka 20% av kostnaderna för tillverkande företag. Det är alltså en stor del av de totala kostnaderna och den totala tiden i produktion som går åt till aktiviteter inom montering. 38 Med hjälp av MAT går det att undvika flera av dessa problem och i stället tillverka den sammansatta produkten i enbart ett steg. Investeringar i monteringen är dessutom kostsamma då det ofta handlar om olika automationslinor med robotar, fixturer och matare som ska klara av att montera ihop en mängd olika produkter. Det blir en hel del produkter som ingår i monteringslinan och som inte är en del av slutprodukten utan enbart har tillverkats och använts för montering. Detta ökar produktens utsläppsavtryck och kostnader och allt material som inte ingår i produkten är egentligen något som skulle kunna kallas för tillverkningsskräp eftersom de inte fyller någon funktion i slutprodukten. Genom att minska tillverkningsskräpet, delar som inte ingår i slutprodukten, går det att minska utsläppsavtrycket av produkterna och kostnaderna för montering. 4.2 Materialåtgång Tack vare det faktum att MAT tillför material istället för att ta bort, så används i princip bara det material som är en del av slutprodukten. Det är främst teknikerna som använder sig av pulver som detta gäller eftersom de har den allra bästa återvinningsmöjligheten. Främst handlar det om att de inte reagerar med omgivningen lika lätt som flytande polymerbad, de är finkorniga så det går att borsta av pulver från slutprodukten och i stor mån saknar de teknikerna stödstrukturer som andra tekniker i vissa fall kräver. Detta kapitel och fördelarna kring materialåtgången gäller därför främst för SLS, DMLS och EBM som är pulverbaserade tekniker med återvinningsmöjligheter på nära 100%. Materialåtgången och materialsvinnet är mindre än vid subtraherande tillverkningsmetoder såsom skärande bearbetning. En annan anledning till varför materialadderande tillverkning gör det möjligt att utnyttja materialet optimalt beror på att det med de allra flesta tekniker går att återanvända i princip allt icke-använt material. När produkten är klar tas den ut ur maskinen och allt överblivet pulver på produkten och i maskinen kan återvinnas. Detta är möjligt eftersom att laser- eller elektronstrålen är helt lokal och endast påverkar det område som behandlas. Det går alltså att minska tillverkningsskräpet genom att återvinna så mycket material som möjligt. Tillverkning av komplext formade produkter med materialadderande metoder sker dessutom utan behov av andra konventionella bearbetningsmetoder. Därmed sker tillverkningen också utan behov av gjutformar, skärhuvuden och annan förbrukningsvara som brukar användas med de andra konventionella metoderna. Användningen av MAT leder alltså dels till minskad energiåtgång och minskade utsläppsavtryck men också till minskade kostnader, speciellt vid användning av dyrare material. 16

23 4.3. BEHOVSANPASSAD PRODUKTION 4.3 Behovsanpassad produktion Ett virtuellt lager är en databas som består av CAD-modeller och information om alla komponenter till en viss produkt eller alla de komponenter som tillverkas av ett visst företag. Exempelvis kan en verkstad ha alla sina reservdelar på lager på detta sätt istället för att ha dem i en lagerlokal som tar fysisk plats. Vid behov går det att med hjälp av MAT tillverka de detaljerna som behövs på plats. Detta sparar både pengar, utrymme och tid som vi nu ska förklara mer ingående. Genom att ha ett system med ett virtuellt lager av produkter som går att tillverka vid behov går det att förlänga livslängden på många produkter. Ofta är ett problem med äldre produkter att reservdelar inte längre går att få tag på eftersom de har slutat tillverkas. Därför måste en ny produkt köpas även om originalprodukten i sig är helt duglig bara det går att få tag på en reservdel och laga den. Detta innebär att livslängden för många produkter är kort och egentligen inte bestäms av hur duglig produkten är, utan bara av det faktum att reservdelar inte går att få tag på. Tack vare möjligheten att kunna tillverka reservdelar även långt efter att produkten har slutat säljas kan livslängden förlängas på flera produkter. Detta leder i sin tur till en bättre miljö och högre energieffektivitet eftersom produkten inte behöver återvinnas i förtid utan kan göra nytta längre. Det faktum att livslängden ökar innebär också att utsläppsavtrycket som produkten ger vid tillverkning teoretiskt sett blir lägre eftersom den kan användas över längre perioder. 39 Processen i en verkstad att ta hand om ett virtuellt lager sparar tid i arbetsomfång då reservdelar enkelt tillverkas på plats och efter behov istället för att beställas och invänta leverans från tillverkaren. När processen att tillverka en reservdel har startat behövs inte operatören utan processen sker av sig själv. 39 Detaljernas noggrannhet är dessutom hög tack vare automatiseringen och tack vare detta går det i princip att tillverka identiska detaljer. De ekonomiska fördelarna är då främst att det sparar tid, både för kunden men även för företaget eftersom det blir möjligt att snabbare reparera produkter och således få en högre omsättning. Dessutom sparars det även in på lagerlokaler och lagerhållning. Ett virtuellt lager kräver inte lika stora utrymmen för att kunna förvara alla reservdelar och produkter som väntar på reparation eftersom att delarna tillverkas vid behov och detta i sin tur minskar ledtiden. Det finns många olika behov av tillgång till reservdelar, även utanför en verkstad. Ibland kan det finnas behov av att ha portabla reservdelslager. Exempel på sådana situationer är ombord på rymdfärjor eller i krig 39. Materialadderande tillverkning erbjuder den möjligheten eftersom att den kan bli just portabel. Beroende på storleken på reservdelarna så varierar maskinerna i storlek, vissa är i storleksordningen att de får plats i en större väska, medan andra kräver ett helt rum. Majoriteten av tillämpningarna kräver dock en maskin som inte är större än ett vanligt kylskåp. Eftersom det inte går att veta reservdelsbehovet i förväg är det svårt att anpassa vad som ska följa med i lagret. I vissa kritiska situationer finns inte tid att invänta leverans och i exempelvis krigszoner, kan det till och med vara farligt att vänta på reservdelar. Där kan användningen av materialadderande tillverkning vara lämplig eftersom det går att tillverka produkterna på plats. Dessutom behöver enbart pulver som är lätt att packa och frakta transporteras. Möjligheterna att spara utrymme och att tillverka reservdelar efter behov är viktiga faktorer i sådana situationer. 17