Optimising technology selection for additive manufacturing in space: a decision support model

The utilization of Additive Manufacturing (AM) technologies in space exploration is of utmost importance. Despite the numerous advantages offered by AM techniques, there is currently a lack of available literature providing guidance on utilizing these technologies in space to fully leverage their benefits. The objective of this thesis is to address this gap by developing a framework that can assist interested parties in selecting the appropriate AM technology for use in orbit, while examining its advantages, limitations, and implementation challenges. Specifically, this research focuses on the potential applications of AM technologies aboard the International Space Station (ISS) or other spacecraft involved in long- duration missions. To achieve the desired outcome, specific research questions must be addressed. Firstly, it is crucial to determine the current level of advancement of AM on Earth and in space. To answer this question, a systematic review of existing literature is performed. Starting from the results of the literature review, a group of characteristics to describe the 7 AM technologies are extracted. These characteristics are then considered as factors able to discriminate among the different technologies. In order to fulfill the goal of this thesis, a decisional model is built exploiting Analytic Hierarchy Process (AHP) technique. This model establishes a problem structure with multiple levels, ranging from the top-level "criteria" to the lower-level "sub-criteria," ultimately leading to the selection of the AM technology which is better suited for the needs given as input. Finally, the developed model is tested with a real case scenario thanks to an interview conducted to a company operating in the space sector.

L'utilizzo delle tecnologie di produzione additiva (AM) nell'esplorazione spaziale è di estrema importanza. Nonostante i numerosi vantaggi offerti dalle tecniche AM, attualmente mancano in letteratura studi che forniscano indicazioni sull'utilizzo di queste tecnologie nello spazio per sfruttarne appieno i benefici. L'obiettivo di questa tesi è di colmare questa lacuna sviluppando un modello che possa aiutare le parti interessate a selezionare la tecnologia AM appropriata per l'uso in orbita, esaminandone i vantaggi, i limiti e le sfide di implementazione. In particolare, questa ricerca si concentra sulle potenziali applicazioni delle tecnologie AM a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) o di altri veicoli spaziali coinvolti in missioni di lunga durata. Per raggiungere il risultato desiderato, ci si è avvalsi dell’utilizzo di specifiche domande volte ad orientare la ricerca effettuata. In primo luogo, è fondamentale determinare l'attuale stato di avanzamento dell'AM sulla Terra e nello spazio. Per rispondere a questa domanda, è stata effettuata una revisione sistematica della letteratura esistente. Partendo dai risultati di tale analisi, è stato estratto un gruppo di caratteristiche per descrivere le 7 tecnologie AM. Queste caratteristiche sono state poi considerate come fattori in grado di discriminare tra le diverse tecnologie. Per raggiungere l'obiettivo di questa tesi, è stato costruito un modello decisionale sfruttando la tecnica dell'Analytic Hierarchy Process (AHP). Questo modello stabilisce una struttura del problema con più livelli, che vanno dai "criteri" di livello superiore ai "sottocriteri" di livello inferiore, fino ad arrivare alla selezione della tecnologia AM più adatta alle esigenze fornite come input. Infine, il modello sviluppato è stato testato con un caso reale grazie all’intervista condotta ad un’azienda operante nel settore spaziale.