Techno economic evaluation of 3D-printed metal components in shipbuilding
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
50+8
Series
Abstract
The purpose of the thesis is to develop an evaluation method for assessing the technical and economic aspects of using additive manufacturing to fabricate structural components for ships. Adopting new manufacturing processes in an established field is difficult without demonstrating the benefits of the new process. This thesis researches the different technologies for additive manufacturing and methods to evaluate their benefits. In a case study the viability of an AM solution is studied compared to a conventionally manufactured component. Structural analysis using the finite element method was done and topology optimization was used to improve the concept. Additive manufacturing simulation and expert analysis was used to evaluate the costs and manufacturing time of the alternatives. Finally, analytical hierarchy process was used to compare the technical, economic, and psychological criteria of each alternative. The case study used the developed Techno-Economic Assessment model to compare a conventional steel element with a topology optimized steel AM element. The element manufactured using the AM indicated potential weight savings of 72%, but also the freedom of design enabled by the AM provided additional value for the component in terms of aesthetic design and capabilities of the topological optimization. The analytical comparison of the alternatives shows that both elements are equally viable for the application, with the conventional element being cheaper and faster to produce, but the AM element being lighter and allowing for more flexibility in the design.Tässä työssä kehitettiin teknoekonominen menetelmä arvioimaan lisäävällä valmistuksella valmistettujen kuormaa kantavien rakenteiden hyötyjä. Uuden menetelmän käyttöönottaminen alalla, jolla on vakiintuneet toiminta menetelmät, on vaikeaa ilman uuden menetelmän hyötyjen esittämistä. Tämä työ tutkii eri lisääviä valmistus menetelmiä ja arvioi niiden hyötyjä. Tapaustutkimuksessa arvioidaan lisäävällä menetelmällä valmistetun kappaleen toimivuutta verrattuna perinteisillä menetelmillä valmistettuun kappaleeseen. Rakenteiden kestävyys arvioidaan elementtimenetelmällä ja lisäävällä menetelmällä valmistettavan kappaleen topologia optimoidaan kappaleen ominaisuuksien parantamiseksi. 3D-printtaus simulaation ja asiantuntija-arvion avulla tutkitaan vaihtoehtojen valmistuskustannuksia ja -aikaa. Lopulta analyyttisen hierarkiaprosessin avulla vertaillaan vaihtoehtojen teknisiä, ekonomisia ja psykologisia kriteereitä. Tapaustutkimuksessa käytetään kehitettyä teknoekonomista arviointi menetelmää vertailemaan perinteistä teräs kappaletta topologiaoptimoituun 3D-printattuun teräs kappaleeseen. 3D-printattu kappale tarjoaa 72% painonvähennyksen ja monimutkaisemman muodon, jota voidaan pitää esteettisempänä. Analyyttinen vertailu osoittaa molempien kappaleiden olevan yhtä käytännöllisiä sovellukseen, kun perinteinen kappale on halvempi ja nopeampi valmistaa, mutta 3D-printattu kappale on kevyempi ja sallii joustavuutta suunnittelussa.Description
Supervisor
Remes, HeikkiThesis advisor
Hämäläinen, WernerSalmi, Mika