Strategic potential of additive manufacturing. A multi-criteria decision model for technology-switch assessment

Additive Manufacturing is a production technology developed 30 years ago as a rapid prototyping technique. It offers various advantages over conventional manufacturing technologies, and technology providers experienced elevated sales growth over a given period, though the trend has not continued. In this context, according to data from known companies, the adoption of this technology as part of the companies’ portfolio of production techniques is still quite limited. Since the evidence shows multiple cases of success in adopting AM, even by relatively small companies, a key question arises: if a given company, similar to those that have already adopted AM, is not capital constrained for investing in an AM system, what factors are relevant in delaying or excluding the investment decision? This work deals with two of these factors: the ample variety and complexity of AM technologies, and the limited understanding from the decision-maker of the potential benefits. Thus the goal is that of developing a decision support model, for the strategic choice of leveraging on this technology for creating value. The methodology followed makes rigorous use of empirical data and academic research available in literature. Regarding the empirical data, the technical specifications of 100+ systems and 50+ plastic and metal materials have been collected and analyzed, other than 50+ case studies. As for the academic research, it involved the selection and study of the technology patents, as well as the more relevant articles for the target in focus. The first result is proposing a new classification of AM technologies, followed by the elaboration of key performance indicators, quantitative and qualitative. The case studies insights allowed the analysis of the relative importance of each of the proposed indicators on the value drivers. Finally, AM is compared against a direct competitor from the conventional technologies, from the point of view of the economics, benefits and limitations. The decision model proposed not only simplifies a process otherwise very complex, but facilitates a better understanding of the potential benefits of switching to AM, analysis that goes beyond the comparison of cost structures.

La Manifattura Additiva (AM dalla sigla in inglese) è una tecnologia di produzione che nasce 30 anni fa come tecnica di prototipazione rapida. Offre una serie di vantaggi rispetto alle tecnologie tradizionali, e durante un periodo i fornitori di sistemi AM hanno beneficiato di una elevata crescita nelle vendite, un trend che però non ha continuato nei periodi più recenti. In questo contesto, secondo dati da note società, la adozione di questa tecnologia come parte del portafoglio di tecniche produttive nelle aziende è ancora molto limitato. Dato che la evidenzia mostra una molteplicità di casi di successo nell’adozione di AM, anche da parte di aziende di piccole dimensioni, sorge una domanda di rilievo: se una azienda, assimilabile ad altre che hanno già adottato AM, è in grado di sostenere l’investimento in capitale fisso legato all’acquisto di un sistema AM, quali fattori risultano più determinanti nel ritardare o escludere la decisione di investimento? Il presente lavoro si occupa di due di questi fattori: la amplia varietà e complessità delle tecnologie AM, e il limitato intendimento dei benefici potenziali da parte del decision-maker. Si pone quindi come obiettivo quello di sviluppare un modello che supporti la valutazione, nella decisione strategica di fare leva su questa tecnologia per la creazione di valore. La metodologia usata fa ampio ricorso sia a dati di ricerca empirica che di ricerca accademica presente in letteratura. Per quanto riguarda i dati empirici, sono state raccolte ed analizzate le specifiche tecniche di oltre 100 sistemi di produzione e 50 materiali plastici e metallici, e più di 50 casi di studio. Per la ricerca bibliografica sono stati individuati i brevetti delle tecnologie e i più rilevanti articoli attinenti al lavoro proposto. A valle di questo il primo risultato è stato una riclassificazione delle tecnologie, seguito dall’individuazione di opportuni indicatori di prestazione, quantitativi e qualitativi. I casi di studio hanno permesso di analizzare la relativa importanza che hanno tra di loro i vari indicatori proposti sui driver di valore. Infine si confronta AM con una tecnologia tradizionale, competitore diretto, dal punto di vista economico, benefici e limitazioni. Il modello proposto non solo semplifica un processo di analisi altrimenti molto complesso, ma facilita anche un miglior intendimento dei benefici dell’adozione di AM, che non si può limitare a un confronto di strutture di costo.