Sammandrag av intervju med Kungliga Tekniska Högskolan (9/5 2018)

Amir Rashid jobbar som enhetsledare inom maskin och processteknologi på KTH. Han forskar inom flera additiva tillverkningsprojekt och undervisar inom ämnet. KTH:s engagemang på additiv tillverkning är fokuserad på holistisk forskning inom ämnet. De undersöker olika aspekter av hela produktionskedjan såsom design, material, produktion och kvalitet. Anledningen till denna omfattande kartläggning av ämnet är att additiv tillverkning är en ny, växande teknologi där förståelse för interaktionen mellan dessa fyra aspekter är väsentlig för att teknologin ska göra framsteg i industrin. En förståelse för hela processens dynamik möjliggör optimering av produktionen och produktkvaliteten. Till följd av detta valde KTH att införa ett internt samarbete med avdelningen för produktdesign, materialforskning, produktion och hållfasthetslära. KTH använder sig av additiv tillverkning i forskningsmiljö men de fokuserar även på industrinära-forskning.

Riktningen av forskningen skiftas beroende på vilka deras partners är eftersom additiv tillverkning är en väldigt flexibel metod och kan appliceras på alla industrier. Variationen bland projekten är stor exempelvis med hjälp av Karolinska Institutet försöker de utveckla strukturer som kan sättas in i artärer för att motverka fettklumpar. De har utvecklat turbindelar i samarbete med Siemens och har ett nära samarbete med företag såsom Sandvik för att undersöka pulverkvaliteten. De fokuserar på specialanpassad design men också på skräddarsydda mikrostrukturer genom att styra processparametrar. I dagens läge kan de inte konstatera att de har full kontroll över mikrostrukturerna utan detta är ett område under ständig utveckling. En förklaring ligger i att lämpliga testingsstandarder har inte än fastställts på grund av att teknologin är relativt ny.

De använder sig av EBM teknologin och anledningen till detta är att de strävar efter industrialisering av additiv tillverkning vilket denna teknologi kan erbjuda eftersom den innehar hög produktionshastighet. Dessutom förutsätter teknologin högre kvalitet eftersom den utförs under vacuum vilket möjliggör lägre porositet och renare produktion. Det finns däremot en lång väg att gå innan denna teknologi kan industrialiseras. En jämförelse med traditionell tillverkning är väldigt svår att utföra och borde göras med omsorg eftersom produkter som inte är designade för additiv tillverkning borde inte tillverkas med denna metod. Detta eftersom då används inte den additiva tillverkningens fulla potential och innovation.

Additiv tillverkning kan enligt Rashid innebära en fördel jämfört med traditionell tillverkning eftersom industrin är generellt sätt på väg mot skräddarsydda produkter. Komplexitet och flexibilitet är också konkurrenskraftiga faktorer för additiv tillverkning då möjligheten att tillverka mönster som tidigare inte har varit möjliga uppkommer. I vissa aspekter kommer däremot additiv tillverkning att ha svårt att vinna över traditionell exempelvis i massproduktion. Det är dock viktigt att vara försiktig vid sådana påståenden eftersom detta beror helt på utvecklingen av maskinerna.

TESI HAJZERI 30

Det är också svårt att svara på vilken miljöpåverkan additiv tillverkning kan ha på grund av dess begränsade användning men vissa studier visar tydligt att svinnet minimerar märkvärdigt vilket omedelbart leder till positiv miljöpåverkan. Dessutom minskar ledtider, produktionsprocesser och ökar delkonsolidering via exempelvis lokaliserad produktion, digitalisering av prototyper och produktion av komplexa mönster. Detta resulterar i minimering av logistik vilket i dagsläget har en stor negativ miljöpåverkan. Delkonsolidering kan i sin tur påverka företagsdynamiken eftersom antalet arbetare kommer att minskas medan rekryteringen av högkompetenta arbetare inom additiva processer att prioriteras.

För att additiv tillverkning ska användas i större utsträckning krävs det flera parallella åtgärder. En av dessa är utveckling av maskiner som övervakar processen för att förstå kvaliteten av produkterna. Den andra åtgärden är att utveckla de additiva metoderna för att möjliggöra högre produktionshastighet. Slutligen krävs det utveckling av funktionella ytskikt, kapabla att bli efterbehandlade på ett smidigt sätt. Det som främst hindrar detta är gapet mellan additiv och traditionell tillverkning. Sammanfattningsvis krävs det tydliga strategier för varje fas under produktion med additiv tillverkning och ämneskunniga innovativa designers som utnyttjar den additiva tillverkningens fulla potential. Vidare måste företag hålla ett öppet sinne och åtminstone tillåta inkrementell men stadig implementering av additiv tillverkning trots att resultaten av dess införande inte är uppenbara från första början.

TESI HAJZERI 31 6.7 SAMMANSTÄLLNING AV INTERVJUER

Följande tabell visar hur olika faktorer förhåller sig i additiv tillverkning jämfört med den traditionella, enligt de olika respondenterna. Resten av svaren i tabellen är baserade på den faktor av de två första som är positiv.

Tabell 1: Jämförelse av Intervjusvar Teckenförklaring: + = Positivt

- = Negativt

() = Neutralt

ADDITIV VS TRADITIONELL TILLVERKNING

FAKTORER RENAULT

(2016)

RENAULT (2018)

DIGITAL

METAL SWEREA VBN

COMPONENTS KTH

BILKOMPONENTER - - + - - -

PROTOTYPER/VERKTYG + + + + + +

MASSPRODUKTION - - ( ) - - ( )

PRODUKTIVITET + + + + + +

EFFEKTIVITET + + + + + +

TIDSBESPARING + + + + + +

ENERGIBESPARING + + + + + +

KOSTNADSREDUCERING + + ( ) + + ( )

KVALITETSFÖRBÄTTRING ( ) + + ( ) + ( )

ARBETSMILJÖFÖRBÄTTRING ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

KONKURRENSMARKNAD + + ( ) + + ( )

ARBETSMARKNAD ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

SOCIAL HÅLLBARHET ( ) + ( ) + ( ) ( )

EKONOMISK HÅLLBARHET + + ( ) + + +

EKOLOGISK HÅLLBARHET + + + + + +

TESI HAJZERI 32

7. ANALYS

I detta avsnitt sammanfattas och analyseras de viktigaste resultaten av studien. Iakttagelser som har gjorts genom litteraturstudien diskuteras och förstärks med analys från intervjuerna.

Litteraturstudien visar att användandet av 3D-skrivare inom bilindustrin är begränsat och fokuseras huvudsakligen på prototypframtagning. Det finns dock goda förutsättningar för att bilbranschen ska stegra användningen av 3D-skrivare i takt med att dessa utvecklas och moderniseras. Alla intervjuer förstärkte detta och respondenterna uttryckte positivitet inför implementeringen av 3D-skrivare i produktionslinjen. Digital Metal har utfört projekt där de har tagit fram bilkomponenter för diverse bilföretag medan andra företagen ligger fortfarande på prototyp- och verktygsframtagningsstadiet.

De olika företagens och institutens bevekelsegrund till att arbeta med additiv tillverkning är att försöka kartlägga denna metods användningsområden och egenskaper. Emellertid skiljer det sig på vilka egenskaper de fokuserar på och undersöker. Respondenterna var eniga om att förkortning av ledtider är en av de avgörande faktorerna för både konkurrenskraften men även för miljön.

Intentionen var även att främja kostnadsreduceringsmöjligheter vilket kan uppnås ifall ledtiderna förkortas. Detta har lönat sig för nästan alla företagen och institutionen och de har kommit fram till att implementeringen av additiv tillverkning passar bäst till skräddarsydda komponenter i låg volym.

Däremot observerade respondenterna vissa hinder som måste övervinnas ifall additiv tillverkning ska användas i större utsträckning exempelvis höga investeringskostnader på 3D-skrivare och metallpulver. Renaults undersökning fram till år 2016 av den additiva marknaden resulterade till en början i avvisning av 3D-skrivare för metall på grund av dess höga kostnad, på omkring en miljon euro, och höga materialkostnad. Investeringarna som Renault har gjort sedan 2016 tyder på att 3D-skrivare har dock blivit mer prisvärda eftersom de har i dagsläget infört även 3D-3D-skrivare för metall i labbet. Detta förstärks av exempelvis Digital Metals ambitioner, som är en av de största tillverkarna av metallpulver i världen, att sänka priserna för metallpulvret och 3D-skrivarna i syfte att öka sin kundkrets.

Trots att additiv tillverkning ligger under utvecklingsfasen inom bilindustrin och dess investeringskostnader är fortfarande höga har kostnadsanalyser visat att metoden leder till kostnadsreducering. Däremot påpekar särskilt respondenterna från institutionerna att kostnadsreducering beror mycket på vilka material det används men eftersom det krävs färre produktionssteg, resulterar detta i minimering av intern processlogistik och därmed minskning av ledtiden för samma producerade komponent. Resultatet av kostnadsanalyser gjorda av respondenterna överensstämmer med ovanstående påstående. Renault har exempelvis tids optimerat utvecklingsfasen av produkterna och kontinuerlig testning av idéer med högt tempo har möjliggjorts. Riskerna för misstag vid beställning och leverans har minimerats eftersom nästan all prototyp- och verktygsframtagning sker lokalt. Till följd av tids- och energibesparingen leder additiv tillverkning även till kostnadsreducering av produktionen. Renault sparar cirka 9/10 av utgångspriset för varje verktyg eftersom det inte längre finns några mellanhänder och ett behov av lager. Dessutom har kortare ledtid för processen från idé till prototyp lett till kostnadsreduceringar på cirka 70%. Detta beror på att behovet för mellanhänder, lagerkostnader, leveranser, risk för förseningar eller extra arbetskraft minimerats. Detta styrker även Digital Metal och VBN Components som har lyckats producera detaljrika, små komponenter i låga volymer med kortare ledtider. Vidare har de även lyckats göra detta i samband med reducering av kostnader.

Respondenternas sammanfattade åsikt om förbättringen av kvalitet med 3D-skrivare tyder på ett positivt resultat. VBN Components och Digital Metal har lyckats tillverka verktyg och detaljer på

TESI HAJZERI 33

komponenter med hög precision vilket inte har varit möjlig med traditionella metoder. Detta har Digital Metal testat i olika uppdrag exempelvis Koenigseggs vindrutespolarmunstycken där de möjliggjorde billigare tillverkning samtidigt som de lyckades producera Koenigseggs logotyp med extremt hög noggrannhet. I VBN Components fallet har fokuset varit förbättring av stålkvaliteten och förlängd livslängd av verktyg. De uppnådde överraskande kvalitet på stålet och därmed lyckades förlänga verktygslivslängden med 150%. Förutom VBN Components som tydligt tillkännager att additiv tillverkning förbättrar kvalitet är resterande respondenter enade om att påståendet om kvalitetsförbättring återstår fortfarande att undersökas eftersom det fortfarande inte finns tillräckligt med forskning inom området.

Alla respondenter är eniga om att produktiviteten och effektiviteten vid produktionslinjer har ökat vid införandet av 3D-skrivare i fabrikerna. Detta eftersom additiv tillverkning möjliggör flexibilitet och komplexitet vid produktionen. Komplexa mönster kan utföras under en och samma omgång utan monteringsbehov eller någon märkvärdig efterbehandling av komponenterna. Det som däremot hämmar effektiviteten är att det finns ett gap mellan additiv och traditionell tillverkning vilket resulterar i svårigheter vid efterbehandlingen av komponenterna.

Emellertid är det svårt att konstatera att additiv tillverkning förbättrar arbetsmiljön av skälet att 3D-skrivare inte appliceras i tillräckligt stor utsträckning för att kunna bedöma omfattande förändringar i arbetsmiljön. Däremot påpekade respondenterna att arbetsförhållandet och rekryteringsprocessen förändras i viss grad på grund av automatiseringen och specialkompetensen som är begärt för hanteringen av 3D-skrivarna. Den viktigaste faktorn som respondenterna reagerar på vid arbetsmiljöförhållande är förändringen i tankesätten. Innovationen påverkas positivt av additiv tillverkning eftersom fler möjligheter uppstår. Komponenter som tidigare inte har varit möjliga eller prioriterade kan med hjälp av additiv tillverkning produceras och tillämpas.

Nya tillvägagångssätt möjliggör innovativ design för både mikrostrukturer och utformning av komponenter vilket leder till att designers måste inneha nya tankebanor.

Det finns flera miljöfördelar med additiv tillverkning och en av dem är att det är en precis tillverkningsmetod och därför uppkommer det minimalt med spill. Forskare på Renault fokuserar på återanvändning av redan använda polymerer men detta är lite knepigt eftersom plastens egenskaper förändras då den bearbetas. Däremot är återvinningen av material mycket enklare vid metallpulver. Digital Metals användning av binder jetting har bevisat att materialanvändningen reduceras eftersom i detta fall krävs det inte ens stödstrukturer. Dessutom då ingen smältning av metallen sker möjliggörs återanvändning av nästan allt material. Detta resulterar i höga energi- och materialbesparingar. Även Swerea och KTH menar att det finns studier som tyder på att det finns miljömässiga fördelar med additiv tillverkning men de påpekar att detta påstående borde tas med en nypa salt eftersom implementeringen av 3D-skrivare är fortfarande för liten för att dess långsiktiga miljöpåverkan ska kunna konstateras. En annan logisk följd av att försörjningskedjan förkortas samt att mindre material förbrukas är produktion med mer fokus på ekologisk hållbarhet.

Emellertid, att införa additiv tillverkning i en mogen bransch såsom bilindustrin bestående av gigantiska etablerade företag är väldigt utmanande och komplext. Respondenterna är enade om att det krävs mycket planering och mental förberedelse för att implementeringen ska vara lyckad.

Renault är ett exempel på ett väldigt stort företag där det begränsade införandet av additiv tillverkning inte har hunnit påverka företagsdynamiken. Respondenterna är enade om att utvecklingen av 3D-skrivare går framåt i hög takt men det finns skilda åsikter i viss omfattning och osäkerhet kring hur länge det krävs innan additiv tillverkning tas till nästa nivå och bildelar börjar produceras. En till utmaning med 3D-skrivare är ifall byte av material ska ske eftersom då krävs det stora mängder forskning och kostnader för att olika parametrar ska överensstämma med varandra. Därför krävs det enligt respondenterna en förbättring av 3D-skrivarens

TESI HAJZERI 34

användarvänlighet, förenlig produktion, ökad produktivitet och billigare 3D-skrivare samt metallpulver för att additiv tillverkning ska implementeras inom andra produktionsprocesser.

Dessutom krävs det en kartläggning av de additiva processerna och standardisering av strategier för varje fas under produktion med additiv tillverkning.

Ytterligare åtgärder krävs för att 3D-skrivare ska penetrera bilmarknaden. Respondenterna var enade om att det största hindret var för låg produktivitet och Swerea påpekade även behovet av kompetens inom området. 3D-skrivare måste producera med mycket högre hastighet för att kunna leva upp till massproduktionskraven. Enligt litteraturen finns det brist på 3D-skrivare som möjliggör lönsam massproducering vilket respondenterna bekräftade och kategoriserade problemet främst som ett investeringshinder som inte möjliggör produktion av bilkomponenter, samt otillräcklig förmåga att producera bildelar med tillräckligt hög takt för att uppnå produktionsmål.

Renault och KTH påpekade också att precision och konformitet är två av de viktigaste komponenterna att tas hänsyn till så att säkerheten inte ska äventyras.

TESI HAJZERI 35

8. DISKUSSION

Respondenterna har uttryckt olika åsikter på respektive intervjufrågor beroende på deras fokusområde inom 3D-teknologin. Denna variation av synvinklar som beror på olika visioner, arbetsområden och teknisk kunskap har lett till en djupgående, kvalitativ analys av svaren. Däremot uppkommer det oundvikligt en felkälla med kvalitativ analys. Denna sorts analys försvårar en riktig helhetsbild av 3D-skrivare inom bilproduktionen eftersom det är så få respondenter. Anledningen till att jag ändå valde kvalitativt tillvägagångssätt är på grund av tidsbegränsningen samt en bedömning av att det skulle vara tillräckligt för arbetet med endast litteratur- och kvalitativstudie.

Faktum är att vinklade frågor på intervjuer påverkar respondenternas svar, vilket jag ville undvika.

Därmed valde jag öppna och bredda frågor där respondenterna fritt fick berätta om ämnet och framföra sina åsikter. Av detta skäl kan dock vissa frågor ha tolkats på olika sätt vilket leder till att respondenterna kan ha haft sitt fokus på olika ämnen när de uttalade sig i de olika frågorna.

Intervjumetodiken har likväl resulterat i framgång eftersom respondenternas ohämmade yttranden täckte och besvarade de olika beståndsdelarna av problemställningen. Telefonintervjuerna blev inte lika långa och komplexa i jämförelse med de som utfördes på plats men det är svårt att säga varför utifrån så få intervjuer. Däremot kan en av orsakerna vara att den sociala interaktionen inte är på samma nivå som vid intervjuerna på plats.

Slutsatserna dragna i denna rapport är baserade på ovanstående litteratur- och kvalitativstudie.

Eftersom additiv tillverkning inom bilindustrin fortfarande ligger på forskningsnivå har denna rapport resulterat i framtidsprognoser av 3D-skrivarimplementering inom bilbranschen och åtgärder som måste tas för att denna ska ske på bästa möjliga sätt. Däremot är det viktigt att ta hänsyn till att jämförelse mellan additiv och traditionell tillverkning är komplicerad eftersom ifall jämförelsen sker mellan två likadana komponenter kommer inte detta att ge en korrekt bedömning.

Komponenter producerade med traditionell tillverkning är inte anpassade till additiv tillverkning vilket resulterar i att dess fulla potential inte utnyttjas. Det är på grund av detta en jämförelse mellan tillverkningsmetoderna är invecklad och försvårad. Dessutom måste det tas i åtanke att additiv tillverkning ligger fortfarande i utvecklingsfasen vilket försvårar ytterligare en korrekt bedömning av dess påverkan inom industrin. Det är dock möjligt att diskutera olika framtidsaspekter om hur additiv tillverkning kan bidra till industrin och vilka möjligheter uppkommer med dess införande.

Respondenternas uppfattningar om additiv tillverkning överstämde ganska bra trots att de jobbar inom olika områden. Åsikterna det primärt skiljde sig mellan handlade om hur snabbt additiv tillverkning kommer att utvecklas för att kunna implementeras i högre utsträckning inom industrin.

Vid marknadsmiljöer som präglas av osäkerhet, hög produktsortiment eller fluktuerande kundsmak kan företag som är utrustande med flexibel tillverkningsteknik får en konkurrensfördel. Som ett resultat av dessa möjligheter har additiv tillverkning potentialen att penetrera även relativt mogna marknader såsom bilindustrin. Samtliga respondenter anser dock att kapitalkostnader för förvärv av teknik och investeringar skiljer sig väsentligt mellan additiv och traditionell tillverkning och det är reducering av dessa investeringskostnader som är nyckeln till att 3D-skrivare penetrerar marknaden och gör framgång. Detta problem är något som borde påpekas eftersom endast genom att sänka priserna för metallpulver och 3D-skrivare kan användningen av 3D-skrivare förflyttas från laborationssalarna till faktiska produktionslinjen. Därutav är det extremt viktigt att 3D-skrivarna blir tillgängliga för fler för att dess utveckling ska ske snabbare och effektivare.

Ett identifierat problem är tillverkningshastigheten vilket hindrar massproduktion. Additiv tillverkning har potentialen att förbättra hållbarhet inom bilindustrin och kan ha stor, global påverkan på miljön och på grund av detta bör utvecklingen av massproduktion med denna metod prioriteras. Produktivitet har också en viktig betydelse vid breddare implementering av 3D-skrivare

TESI HAJZERI 36

inom bilbranschen. Det borde läggas mer forskning på identifierade, viktiga faktorer som spelar roll vid produktivitet såsom laserhastighet, laserkraft, antalet lasrar och skikt-tjocklek. En åtgärd för att additiv tillverkning ska bli mer tillgänglig för forskning är reducering av investeringskostnader. Ett ingripande för att kunna åtgärda detta är införandet av utbildade ingenjörer inom additiv tillverkning. Det måste noteras att det fortfarande saknas utbildning av designingenjörer i additiva tillverkningsprocesser, vilket leder till additiv tillverkningens fulla potential uppnås väldigt långsamt. Detta krävs eftersom det är endast då alla de ovannämnda faktorerna kan forskas på, begripas och åtgärdas. Fler experter inom ämnet som kan designa produkter och underhålla 3D-skrivare måste finnas och en ny generation av experter måste påbörjas redan inom utbildning med relativt billiga polymer 3D-skrivare. Denna tidiga exponering till 3D-skrivare initierar en ny innovationsperiod som slutligen kan leda till reducering av investeringskostnader för 3D-skrivare.

Ifall additiv tillverkning införskaffas i skolor blir resultatet utveckling av innovation. Nya tankesätt utvecklas bland studenterna och detta leder till möjlighet av att revolutionera designtänket.

Komplexa, funktionella produkter kan skapas mycket enklare med 3D-skrivare vilket tänjer på gränserna av innovationen. Metamaterial kan införas i högre grad i bilproduktionen och grundligt reformera bilarnas design. Fler studenter går ut skolan med planterade idéer om att eventuellt starta egna företag där 3D-skrivare utgör en viktig, central roll av produktionen. Det är inte möjligt att använda sig av skrivare för att kringgå problemen med försörjningskedjan eftersom 3D-skrivare har komplex elektronik som behöver personal med kompetens, underhåll och reparation.

Dessutom begränsas 3D-skrivare av sitt rumsutrymme vilket endast tillåter tillverkning av produktdelar och inte stora, sammansatta produkter och det kommer att dröja ett bra tag till innan produktion av fullständiga 3D-skrivna bilar är tillgängligt för marknaden. Additiv tillverkning bringar däremot möjlighet till små företag att sänka tillverkningsbarriärer. Genom att möjliggöra simplare produktion av de första stadierna innan produkten når marknaden kan fler företag etablera sig.

Förutsatt att fler företag uppkommer med fokus på additiv tillverkning, exempelvis material och 3D-skrivartillverkare, skapas det konkurrens. Detta i sin tur leder till reducering av kostnader för materialen samt 3D-skrivarna och additiv tillverkning främjas och frodas. En större mängd av kompetens inom området främjar forskning och applicering av additiv tillverkning. Denna nya teknologi kan leda till en helt ny företagsdynamik eftersom helt plötsligt kan alla vara designers utan större kunskap. Arbetsrollerna blir suddiga eftersom design och produktion blir tillgängligt för alla. Mellanhänder och omfattande leveranser kommer inte längre vara nödvändiga i större skala i produktionslinjerna eftersom nästan allting kan produceras lokalt. Dessutom kommer

Förutsatt att fler företag uppkommer med fokus på additiv tillverkning, exempelvis material och 3D-skrivartillverkare, skapas det konkurrens. Detta i sin tur leder till reducering av kostnader för materialen samt 3D-skrivarna och additiv tillverkning främjas och frodas. En större mängd av kompetens inom området främjar forskning och applicering av additiv tillverkning. Denna nya teknologi kan leda till en helt ny företagsdynamik eftersom helt plötsligt kan alla vara designers utan större kunskap. Arbetsrollerna blir suddiga eftersom design och produktion blir tillgängligt för alla. Mellanhänder och omfattande leveranser kommer inte längre vara nödvändiga i större skala i produktionslinjerna eftersom nästan allting kan produceras lokalt. Dessutom kommer