Ainetta lisäävä valmistus osana kestävää valmistusta

Abstract

Ainetta lisäävä valmistus (engl. additive manufacturing, AM) mahdollistaa monimutkaisten geometrioiden valmistamisen tehokkaasti ja pienemmällä materiaalihukalla. Tämän työn tarkoitus on tutkia ainetta lisäävän valmistuksen ekologista kestävyyttä. Lisäksi tutkitaan sitä, miten se edistää kestävän valmistuksen sekä kiertotalouden periaatteita. Työssä tutkitaan ainetta lisäävää valmistusta ja kestävää tuotantoa ja sitä, miten ne yhdistyvät toisiinsa. Tämän työn tutkimuskysymykset ovat seuraavat: ”Miten AM-menetelmät edistävät kestävää valmistusta?”, ”Miten AM edistää kiertotalouden periaatteita?” ja ”Miten AM-menetelmien ekologista kestävyyttä voidaan kehittää”? Menetelmänä työssä on käytetty kuvailevaa kirjallisuuskatsausta . Aineistohaku suoritettiin pääosin Andor-, Google Scholar - sekä Scopus-palveluilla. Aineistoina on käytetty vuodesta 2016 eteenpäin julkaistuja lähteitä. Suurin osa lähteistä on julkaistu vuodesta 2020 eteenpäin. AM:n ekologiset vaikutukset voidaan jakaa kolmeen kategoriaan: hukkamateriaalin määrä, energiankulutus ja ilmansaasteet. Näistä vaikutuksista AM on parempi vaihtoehto kuin perinteiset valmistusmenetelmät, kuten sorvaus, hukkamateriaalin määrällä ja energiankulutuksella mitattuna. AM:n energiatehokkuus kuitenkin heikkenee tuotantomäärien kasvaessa ja riittävän suurilla määrillä perinteiset menetelmät voittavat sen. Kiertotalouden periaatteet voidaan jakaa kolmeen osaan tuotteen elinkaaren perusteella: suunnittelu-, käyttö- ja loppuvaihe. Ainetta lisäävä valmistus mahdollistaa kiertotalouden edistämisen näissä vaiheissa. Tärkeimmät keinot siihen ovat valmistusmenetelmän mukautettavuus sekä kierrätettyjen materiaalien käyttö. AM:n ekologisuudessa on vielä kehittämisen varaa. Ekologisuutta voidaan kehittää lisäämällä kierrätettyjen materiaalien käyttöä, tehostamalla kierrätysprosesseja sekä optimoimalla varsinaista tulostusprosessia. Kestävyyden ja ekologisuuden tarkastelu osoittautui vaikeaksi. Tässä tutkimuksessa saatiin jonkinlainen yleiskuva aikaiseksi, mutta tuloksia on vaikea yleistää kaikkiin AM-menetelmiin ja materiaaleihin. Ekologisuuden kannalta valmistusmenetelmä tulee aina valita sovelluskohteen ja materiaalin perusteella, jos haluaa päästä parhaisiin tuloksiin. Ainetta lisäävästä valmistuksesta löytyi paljon aineistoja ja tutkimuksia. Isossa osassa näitä aineistoja muodostui ongelmaksi se, että AM:n ekologisuutta pidetään itsestäänselvyytenä, eikä siihen syvennytä enempää. AM:n ekologisuutta tulisi siis tutkia lisää. Erityisesti AM-menetelmien ja perinteisten valmistusmenetelmien ekologisuuden vertautuvuudesta pitäisi saada lisää tietoa.