Industrial Opportunities of Additive Manufacturing - Workflow planning and decision making of additively manufactured end-use components

dc.contributorAalto-yliopistofi
dc.contributorAalto Universityen
dc.contributor.advisorSalmi, Mika, Dr., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland
dc.contributor.authorChekurov, Sergei
dc.contributor.departmentKonetekniikan laitosfi
dc.contributor.departmentDepartment of Mechanical Engineeringen
dc.contributor.labProduction Engineering Research Groupen
dc.contributor.schoolInsinööritieteiden korkeakoulufi
dc.contributor.schoolSchool of Engineeringen
dc.contributor.supervisorPartanen, Jouni, Prof., Aalto University, Department of Mechanical Engineering, Finland
dc.date.accessioned2019-03-01T10:01:07Z
dc.date.available2019-03-01T10:01:07Z
dc.date.defence2019-03-15
dc.date.issued2019
dc.description.abstractThe progression of additive manufacturing—from being limited to producing prototypes to being a valuable technology in producing end-use components—has been noted by many researchers and companies. Nevertheless, the industrial opportunities of this progress are not clear to new users of the technology because the number of end-use applications for additive manufacturing is vast and growing rapidly. The major advantages of using additive manufacturing lie in the increased freedom of design and the possibility to produce components that have previously been impractical. On the other hand, additive manufacturing can also be used in situations where the component does not benefit from the additional design freedom. In such cases, the advantage of using additive manufacturing must come from operational benefits, such as improved delivery speed or cheaper manufacturing cost. To clarify the opportunities, the thesis proposes categorizing the end-use applications from the point of view of design into "components designed for additive manufacturing", "components redesigned for additive manufacturing", and "components not designed for additive manufacturing". Each of these categories has their use in industrial applications and can help achieve specific technical and operational benefits. In the thesis, the categories are provided with design workflows that draw from the design process of Pahl & Beitz and are augmented with relevant previous research from the field of design for additive manufacturing. To investigate the industrial opportunities in the form of technical and operational advantages of the categories, the thesis demonstrates the use of the categories and their workflows by providing a case study for each. In the case studies, the design process of the components is demonstrated with the help of the developed design workflows, and the technical and operational benefits of each component are evaluated. The case studies of the categories involve the design of a novel high-performance heat exchanger, the redesign of a digital hydraulic valve manifold, and the production of a memory cover for use in the repair of a portable computer. In addition, the thesis contains a focus group study in the category "components not designed for additive manufacturing" to discover in which scenarios it could be employed. In the final section of the thesis, the technical and operational advantages of using additive manufacturing in each of the categories are collected and presented. The main technical advantages discovered in the investigations were the creation of new functionalities and improvement of performance, and the main operational benefits were the simplification of supply chains and shorter repairs. The thesis gives researchers in the field of design for additive manufacturing a framework to communicate their findings in a way that can be understood easily by practitioners not previously intimately familiar with designing for additive manufacturing.en
dc.description.abstractMonet tutkijat ja yritykset ovat huomanneet, että materiaalia lisäävät menetelmät ovat kehittyneet pelkästään prototypointiin tarkoitetusta teknologiasta varteenotettavaksi tuotantoteknologiaksi, jolla voi valmistaa lopputuotteita. Tästä huolimatta tämän kehityksen teolliset mahdollisuudet eivät ole täysin selkeitä teknologian uusille käyttäjille, koska sen sovelluksia on valtavasti ja niiden määrä kasvaa nopeasti. Suurin hyöty materiaalia lisäävien menetelmien käytöstä tulee vapaammasta suunnittelusta ja mahdollisuudesta valmistaa komponentteja, jotka eivät olleet aiemmin käytännöllisiä valmistaa materiaalia poistavilla menetelmillä. Materiaalia lisääviä menetelmiä voi kuitenkin käyttää myös silloin, kun tuote ei hyödy niiden suomasta suunnitteluvapaudesta. Näissä tapauksissa edun on tultava taloudellisista tekijöistä, kuten parantuneesta toimitusnopeudesta. Tämä väitöskirja ehdottaa lopputuotemahdollisuuksien jakamisen kategorioihin "suunniteltu materiaalia lisääville menetelmille", "uudelleensuunniteltu materiaalia lisääville menetelmille" ja "ei suunniteltu materiaalia lisääville menetelmille", jotta teknologian teolliset mahdollisuudet selkiytyisivät. Jokaisella näistä kategorioista on omat käyttökohteensa teollisuudessa ja voivat auttaa saavuttamaan teknillisiä ja taloudellisia etuja. Tässä väitöskirjassa jokaiselle kategorialle annetaan suunnittelun työnkulut, jotka pohjautuvat Pahlin ja Beitzin suunnitteluprosessiin ja joita laajennetaan oleellisella aikaisemmalla tutkimuksella. Teollisten mahdollisuuksien ja kategorioiden teknillisten ja taloudellisten hyötyjen tutkimista varten jokaiselle kategorialle esitetään tapaustutkimus. Näissä tutkimuksissa tuotteiden suunnitteluprosessi esitetään pohjautuen esitettyihin suunnittelun työnkulkuihin ja teknilliset ja taloudelliset edut arvioidaan. Kategorioiden tapaustutkimuksissa suunnitellaan korkeatehoinen lämmönvaihdin, uudelleensuunnitellaan digitaalinen hydrauliikkalohko ja valmistetaan kannettavan tietokoneen muistisuoja sen korjaamiseksi. Lisäksi väitöskirja sisältää kohderyhmätutkimuksen kategoriasta "ei suunniteltu materiaalia lisääville menetelmille" sen käyttökohteiden selventämiseksi. Väitöskirjan viimeisessä osiossa teknilliset ja taloudelliset hyödyt on kerätty ja esitetty. Suurimmat teknilliset hyödyt olivat tuotteiden uudet funktionaalisuudet ja parantunut tehokkuus. Suurimmat taloudelliset hyödyt olivat varastotasojen aleneminen ja lyhemmät korjaukset. Väitöskirja antaa alan tutkijoille kehyksen kommunikoida tutkimuksensa tavalla, joka on helposti ymmärrettävä myös niiden keskuudessa, ketkä eivät ole vielä suunnitelleet tuotteita materiaalia lisääville menetelmille.fi
dc.format.extent78 + app. 46
dc.format.mimetypeapplication/pdfen
dc.identifier.isbn978-952-60-8430-5 (electronic)
dc.identifier.isbn978-952-60-8429-9 (printed)
dc.identifier.issn1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.urihttps://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/36976
dc.identifier.urnURN:ISBN:978-952-60-8430-5
dc.language.isoenen
dc.opnBernard, Alain, Prof., Ecole Centrale de Nantes, France
dc.publisherAalto Universityen
dc.publisherAalto-yliopistofi
dc.relation.haspart[Publication 1]: Chekurov, Sergei; Kajaste, Jyrki; Saari, Kari; Kauranne, Heikki; Pietola, Matti; Partanen, Jouni. Additively manufactured high-performance counterflow heat exchanger. Progress in Additive Manufacturing, 2018. DOI: 10.1007/s40964-018-0059-x
dc.relation.haspart[Publication 2]: Chekurov, Sergei; Lantela, Tapio. Selective laser melted digital hydraulics system. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2017, volume 4, issue 4, pages 215-221. Full Text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201810245510. DOI: 10.1089/3dp.2017.0014
dc.relation.haspart[Publication 3]: Chekurov, Sergei; Salmi; Mika. Additive manufacturing in offsite repair of consumer electronics. Physics Procedia, 2017, volume 89, pages 23-30. Full Text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201711217664. DOI: 10.1016/j.phpro.2017.08.009
dc.relation.haspart[Publication 4]: Chekurov, Sergei; Metsä-Korteilainen, Sini; Salmi, Mika; Roda, Irene; Jussila, Ari. The perceived value of additively manufactured digital spare parts: an empirical investigation. International Journal ofProduction Economics, 2018, volume 205, pages 87-97. Full Text in Acris/Aaltodoc: http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201810025213. DOI: 10.1016/j.ijpe.2018.09.008
dc.relation.ispartofseriesAalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONSen
dc.relation.ispartofseries33/2019
dc.revHague, Richard, Prof., University of Nottingham, United Kingdom
dc.revGibson, Ian, Prof., University of Twente, Netherlands
dc.subject.keywordadditive manufacturingen
dc.subject.keyword3D printingen
dc.subject.keyworddesign workflowen
dc.subject.keywordmateriaalia lisäävä valmistusfi
dc.subject.keyword3D-tulostusfi
dc.subject.keywordsuunnittelun työnkulkufi
dc.subject.otherMechanical engineeringen
dc.titleIndustrial Opportunities of Additive Manufacturing - Workflow planning and decision making of additively manufactured end-use componentsen
dc.titleMateriaalia lisäävän valmistuksen teolliset mahdollisuudet: Materiaalia lisäävällä valmistuksella tehtyjen kappaleiden työnkulun suunnittelu ja päätöksentekofi
dc.typeG5 Artikkeliväitöskirjafi
dc.type.dcmitypetexten
dc.type.ontasotDoctoral dissertation (article-based)en
dc.type.ontasotVäitöskirja (artikkeli)fi
local.aalto.acrisexportstatuschecked 2019-04-25_1317
local.aalto.archiveyes
local.aalto.formfolder2019_03_01_klo_10_29
Files
Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
No Thumbnail Available
Name:
isbn9789526084305.pdf
Size:
30.29 MB
Format:
Adobe Portable Document Format