The impact of additive manufacturing on supply chain design, strategy and performance

The objective of this thesis is to shed light on the potential impacts that Additive Manufacturing (AM) adoption may have on Supply Chain (SC) design and strategy, and in turn economic, environmental and social SC performance. To accomplish this achievement, an initial systematic literature review has been performed to take stock of the existing knowledge and to structure it into a framework based on the Structure-Conduct-Performance paradigm. After that, 10 explanatory case studies were developed to identify drivers and barriers towards AM adoption, and the impact of the adoption on SC design, with a specific focus on the upstream SC. Then, 9 exploratory case studies have been developed to identify the impact of AM adoption on SC flexibility and resilience. Finally, a focus group and a Delphi study were conducted to involve experts to identify the actual and future impacts of AM adoption on environmental and social performance. We found that AM adoption is driven mainly by expected benefits in terms of products (renovation, redesign) and hindered by high initial investment, operational costs and lack of skills and competences. These factors generally push companies in choosing centralized hubs in which deploying AM together with traditional manufacturing, but some companies outsource AM to cope with high costs and lack of expertise. We have also identified four AM adoption patterns in terms of governance structure, that are make, buy, make and buy, and vertical integration. Each of these patterns has an impact on the supply base and network, that in most of the cases we have registered with an increase of suppliers, contrary to the findings of the literature review. The reason is that companies do not replace traditional manufacturing with AM, but they simply complement it. Despite this, we have also cases with a make choice in which the number of suppliers has decreased since firms have insourced the production of components that were outsourced before AM adoption. Moreover, we have discovered that the collaboration and the relationship between buyer and suppliers improves. Still, sometimes the relationship may end up in a lock-in effect since the raw material is a bottleneck product category, and it is difficult to substitute. Firms achieve operational benefits when adopting AM, such as the reduction of the manufacturing time and costs, or the freedom to design and renovate products at no extra costs. Among the operational benefits we identify and provide cases in which firms also gained a superior flexibility and resilience. Moreover, we have discovered the impacts of AM on sustainable performance, considering both the environmental and social dimensions. In fact, AM adoption is expected to reduce CO2 emissions, material usage and production wastes. Moreover, it helps improving workers’ conditions, and the development of local communities thanks to the deployment of a distributed manufacturing network. We have accomplished to distinguish the sustainable impacts stemming from the technology itself or from the new SC design and strategy enabled by AM. Thus, the thesis contributes to research about the impacts of AM adoption on SC design, especially on upstream relationships and linkages, and about performance dimensions that have barely been explored, such as flexibility, resilience and sustainability. We propose a framework that can be a starting point for future research and that explains the relationships between drivers and barriers, and AM adoption, and in turn the impacts of this adoption on SC design, strategy and performance.

L'obiettivo di questa tesi è fare luce sui potenziali impatti che l'adozione dell'Additive Manufacturing (AM) può avere sul disegno e sulla gestione della strategia della Supply Chain (SC) e, di conseguenza, sulle prestazioni economiche, ambientali e sociali. Per raggiungere questo obiettivo, è stata effettuata una prima revisione sistematica della letteratura per fare il punto sulle conoscenze esistenti e strutturarle in un modello basato sul paradigma Struttura-Condotta-Performance (Structure-Conduct-Performance). Successivamente, sono stati sviluppati 10 casi di studio esplicativi per identificare i fattori trainanti e le barriere verso l'adozione dell'AM e l'impatto dell'adozione sul disegno della SC, con un focus specifico sulla rete di fornitura. Successivamente, sono stati sviluppati 9 casi di studio esplorativi per identificare l'impatto dell'adozione dell'AM sulla flessibilità e sulla resilienza di filiera. Infine, sono stati condotti un focus group e uno studio Delphi per coinvolgere vari esperti di AM e identificare gli impatti attuali e futuri dell'adozione della tecnologia sulle prestazioni ambientali e sociali. Abbiamo scoperto che l'adozione della AM è guidata principalmente dai benefici attesi in termini di prodotti (rinnovamento, riprogettazione del prodotto) e ostacolata da elevati investimenti iniziali, costi operativi e mancanza di abilità e competenze. Questi fattori spingono generalmente le aziende a scegliere hub centralizzati in cui impiegare l'AM insieme alla produzione tradizionale, ma alcune aziende esternalizzano l'AM per far fronte ai costi elevati e alla mancanza di competenze. Abbiamo inoltre identificato quattro modelli di adozione dell'AM in termini di struttura di governance: make, buy, make and buy, e vertical integration. Ognuno di questi modelli ha un impatto sulla base e sulla rete di fornitura, che nella maggior parte dei casi ha fatto registrare un aumento dei fornitori, contrariamente a quanto emerso dalla revisione della letteratura. Il motivo è che le aziende non sostituiscono la produzione tradizionale con l'AM, ma semplicemente la integrano. Ciononostante, abbiamo anche casi con una scelta di make in cui il numero di fornitori è diminuito, poiché le aziende hanno internalizzato la produzione di componenti che erano stati esternalizzati prima dell'adozione dell'AM. Inoltre, abbiamo scoperto che la collaborazione e il rapporto tra impresa buyer e fornitori migliorano. Tuttavia, a volte il rapporto può sfociare in un effetto lock-in, poiché la materia prima è una categoria di prodotto "collo di bottiglia", quindi difficile da sostituire. In termini di prestazioni, le aziende ottengono vantaggi operativi quando adottano l'AM, come la riduzione dei tempi e dei costi di produzione o la libertà di progettare e rinnovare i prodotti senza costi aggiuntivi. Tra i vantaggi operativi individuiamo e forniamo casi in cui le aziende hanno ottenuto anche una maggiore flessibilità e resilienza. Inoltre, abbiamo identificato gli impatti dell'AM sulle prestazioni di sostenibilità ambientale e sociale. Si prevede infatti che l'adozione dell'AM riduca le emissioni di CO2, l'utilizzo di materiali e gli scarti di produzione. Inoltre, contribuisce a migliorare le condizioni dei lavoratori e lo sviluppo delle comunità locali grazie all'impiego di una rete produttiva distribuita. Abbiamo cercato di distinguere gli impatti sostenibili derivanti dalla tecnologia stessa, o dal nuovo disegno o strategia di SC abilitati dall'AM. In questo modo, la tesi contribuisce alla ricerca sugli impatti dell'adozione dell'AM sul disegno della SC, in particolare sulle relazioni tra gli attori della catena di fornitura, e sulle dimensioni delle prestazioni che sono state poco esplorate in letteratura, come la flessibilità, la resilienza e la sostenibilità. Proponiamo un modello di riferimento che possa essere un punto di partenza per ricerche future e che spieghi le relazioni tra i driver e le barriere e l'adozione dell'AM e, a sua volta, gli impatti di questa adozione sul disegno, la strategia e le prestazioni della SC.