Sustainability evaluation via life cycle assessment of a metal component for nautical applications produced by additive manufacturing

Researches on new materials and production techniques are important today challenges for Additive Manufacturing (AM) development. In this perspective, novel Bound Metal Deposition TM (BMD TM) technology introduced by Desktop Metal TM (DM TM) offers an innovative way of manufacturing metal parts. This technology has been recently introduced in the Italian market by Additive Italia Srl (Add-it), a DM TM partner, which began exploiting DM TM prototype technology, Studio System+ TM, for low volume and customized productions in 2019. An analysis of the BMD TM production of an EWOL E3 ORION propeller hub, currently produced in 17-4 PH stainless steel by investment casting technology, is presented. This thesis discusses the feasibility of the component production by the BMD TM technology, using the same alloy. A description of this material is included in the work integrated with a section dedicated to BMD TM material microstructural and mechanical characterization. The introduction of a new technology in the industrial network requires a process feasibility assessment from the environmental point of view too. This is accomplished by the Life Cycle Assessment (LCA) method. With reference to this specific metal part, the main purpose of the work has been devoted to the sustainability evaluation of the entire AM process (feedstocks production, core process based in Add-it and post process operations). A comparison with the traditional manufacturing system has been provided in order to get a better comprehension on possible benefits and limitations of this technology. Impact assessment has been studied according to different methods, which proved the new technology to be less environmentally impactful but more energy demanding compared with the traditional production of the piece. The energy intensity gap could be reduced with the installation of a more efficient DM TM high volume production unit in the incoming future.

La ricerca di nuovi materiali e tecniche di produzione è un’importante sfida per lo sviluppo dell’Additive Manufacturing (AM). In questa prospettiva, la nuova tecnologia Bound Metal DepositionTM (BMD TM), introdotta da Desktop MetalTM (DM TM), offre un modo innovativo di produrre pezzi metallici. Questa tecnologia è stata introdotta di recente nel mercato italiano da Additive Italia Srl (Add-it), partner di DM TM, che nel 2019 ha iniziato a sfruttare la tecnologia di prototipazione DM TM, Studio System+ TM, per produzioni personalizzate e di piccoli volumi. Si presenta un'analisi della produzione attraverso BMD TM del mozzo dell'elica EWOL E3 ORION, fabbricato attualmente in acciaio inossidabile 17-4 PH con la tecnica di microfusione a cera persa. Questa tesi studia la fattibilità della produzione del pezzo con la tecnologia BMD TM, usando la stessa lega. Il lavoro contiene una descrizione di questo acciaio e una sezione dedicata alla caratterizzazione microstrutturale e meccanica del materiale ottenuto con BMD TM. L'introduzione di una nuova tecnica di produzione industriale richiede una valutazione di sostenibilità anche dal punto di vista ambientale, che è qui eseguita con la metodologia Life Cycle Assessment (LCA). Con riferimento a questo specifico componente metallico, il lavoro è stato orientato alla valutazione degli effetti ambientali dell'intero processo di AM (produzione di materie prime, processo di Add-it e operazioni post-produzione). Si presenta un confronto con il sistema di fabbricazione tradizionale per capire meglio i possibili vantaggi e limiti di questa tecnologia. La valutazione degli impatti è stata eseguita con metodi diversi, che hanno rilevato come la nuova tecnologia abbia un minore impatto ambientale, ma richieda più energia rispetto alla produzione tradizionale. Il divario nei consumi di energia potrebbe essere ridotto in futuro con l’utilizzo di machine di produzione su larga scala più efficienti.