During circuit board manufacturing, custom fixtures are commonly utilized to ensure quality and to facilitate the operators’ work tasks. Conventionally, these fixtures are manufactured using subtractive manufacturing techniques such as milling. A product development project has been carried out in collaboration with Eskilstuna Elektronikpartner AB (EEPAB), a company that manufactures circuit boards through Surface Mount Technology (SMT) and Through-hole-Technology. The purpose of the study was to investigate possibilities with additive manufacturing (AM) to produce fixtures for use within the company’s circuit board production unit. The used methodology for product development was a modified variant of the generic product development process, focusing heavily on the concept development stages. Data collection was carried out through a literature study as well as meetings and discussions with employees at the case company. A specific circuit board was studied in the project. This circuit board contains through-hole-components that requires the use of fixtures to reliably meet the customer requirements fors oldering. The existing solution was to solder these components by hand, with the use of a custom hand soldering fixture. The components in question are six LEDs as well as a semiconductorpackage. The aim of the project was to provide the company with concept fixtures, designed for additive manufacturing, that enables selective soldering of these components. All prototypes developed in this project have been digital 3D CAD models. This approach was used since nocphysical copies of the circuit board would be available for study within the time frame of the project. Two research questions were designed to aid in reaching the purpose and aim of the study: Research question 1: How can fixtures for selective soldering be designed for additivemanufacturing? Research question 2: What factors should be considered when designing fixtures for selectivesoldering? The project resulted in two new digital fixture concepts, which in theory can replace the hand soldering fixture and enable selective soldering of the components. The results are presented as 3D visualizations along with prepared print files ready for 3D printing, in correct dimensions based on accurately measured Gerber data. The strength of the fixture concepts has been tested in computer simulations where the material was assumed to be isotropic. As a result, the effect of printer settings on the parts’ strength has not been tested. This report also contains recommendations for further research within the subject. Keywords: fixtures, design for additive manufacturing, 3D printing, circuit board manufacturing, selective soldering

Nyckeln bakom framgång inom all form av ingenjörskap såväl som produktutveckling inom alla marknader är kapaciteten att tillverka nya och förbättrade produkter. Kraven och behovet av bättre och bättre produkter har medfört en konstant utveckling inom tillverkningssystem från de traditionella metoderna som smidning, borrning och gjutning, till de moderna additiva systemen.  Detta arbete, som skapades i samarbete med KTH:s institution för maskinkonstruktion, undersöker och utreder 5 av de 7 stora familjerna av additivt tillverkande system med syftet att försöka definiera den framtida potentialen för additiv tillverkning. I samband med detta presenteras även förslag på produkter eller yrken som möjliggörs av systemet som utreds för att på en ytlig nivå tydliggöra egenskaperna hos varje system.  Arbetet redovisar även produktframtagningen av en högt individanpassad produkt, skyddande skal för små modeller, motivering till val av möjligt system för produkten och resultatet av en iterativ process.  Utredningen, produktframtagningen samt expertåsikter ger en diskussion som betraktar både additiv tillverknings framtida potential såväl som en diskussion om hur denna potential påverkas av Covid-19 pandemin 2020.  Som slutsats är möjligheterna för additiv tillverkning mycket lovande med flera olika riktningar utvecklingen kan gå. / The key to progress within every form of engineering in addition to product development whihin all markets is the capacity to manufacture new and improved products. The demands and need flr better and better products has brought forth a constant evolution within manufacturing systems from the traditional methods as forging, drilling and casting, to the modern additive systems.  This work, created in association with KTHs Department of machine design, examines and investigates 5 out of the 7 major families of additive manufacturing with the purpose of trying to define the future potential of additive manufacturing. In addition, for each system, a possible product or profession is suggested, made possible by the system in question. This is done to clarify the characteristics of that system.  This work also demonstrates the product development of a highly customized product, protective shells for small models, motivation behind the additive system of choice and the result of the iterative design process.  The investigation, the product development as well as expert opinion resulted in a discussion that both considers additive manufacturing future potential as well as how this potential is affected by the Covid-19 pandemic of 2020.  As a conclusion is the future for additive manufacturing very promising with several different directions in which development can go.

Innovation genom additiv tillverkning sker snabbt i dagens industri där snabb prototyptillverkning är något som additiv tillverkning lämpar sig bäst för. Däremot utforskas möjligheter för tillverkning av detaljer med funktionellt syfte då additiv tillverkning möjliggör mer komplicerad design än traditionella tillverkningsmetoder. Med de miljöproblem som förekommer i dagens samhälle ger det upphov till extrema väderförhållanden, exempelvis skogsbränder. Givet det så har detta projekt utforskat möjligheten av att genom additiv tillverkning konstruera en sula med ett inbyggt kylsystem i syfte att kyla foten under förlängd arbetstid i omgivning med hög temperatur. Kravet som ställdes på sulan var att i en omgivning med hög temperatur skall sulan kunna kyla mer än en traditionell sula över en period på 8 timmar. Med hjälp av CAD- och FEM-program analyserades tre primära modeller med avseende på temperaturutväxling samt belastning, varav dessa tre modeller ställdes i relation till en traditionell sula utan kylsystem. Resultaten hänvisar till att med de krav som ställdes på sulan ges en högre kylningseffekt vid två av tre av dessa modeller relativt en traditionell sula. Dessutom finns potential för fortsatt utveckling av liknande sulor med avseende på specialtillverkning. / Innovation through additive manufacturing occurs quickly in today’s industry where rapid prototyping is something that additive manufacturing excels at. However, research is being made to explore the ability for manufacturing components with functional use, where additive manufacturing makes more complex design possible in relation to traditional manufacturing methods. With the environmental problem that occurs in today’s world comes more extreme weather conditions, for example forest fires. With that as a basis, this project has explored the possibility of creating the sole of a shoe with a built-in cooling system, using additive manufacturing, for the purpose of extended work in an environment with a high temperature. The requirements put on the sole was that in an environment of high temperature the sole should be able to help reduce temperature inside the shoe itself over the course of an eight-hour workday. Three primary models were analysed in terms of transient temperature as well as load and deformation with the help of CAD and FEM programs, where these three soles were compared to a sole without any form of cooling system. The results show that with the parameters of the project, a greater cooling effect is achieved in two of the three models, compared to a regular sole. Furthermore, there is the potential for continued development of similar models of soles with respect to specific demands in fields such as hiking.

Syftet med denna studie var att jämföra additiv tillverkning med polymergjutning vid klättergreppsproduktion. Målet med arbetet var att ta fram en konstruktion som uppfyllde säkerhetskraven enligt Svensk Standard, samt att undersöka två olika material som kunde vara lämpade för klättergreppsproduktion. Detta utfördes genom att använda CAD, simulera modeller och utföra tester på additivt tillverkade klättergrepp. Dessutom utfördes kostnad-och ledtidsberäkningar för att avgöra huruvida additiv tillverkning är lönsamt. Intervjuer utfördes för att komplettera litteratursökningen. Resultatet blev ett additivt tillverkat klättergrepp som med rätt förutsättningar (metallbussning och PLA med 100% ifyllnad eller ABSplus med 41% ifyllnad) klarade av enbelastning på 245 kg, vilket var det ställda kravet enligt svensk standard. Kostnad- och ledtidsberäkningar har dessutom bekräftat att vid rätt förutsättningar (unika greppdesigneroch låga produktionsvolymer) kan det vara mer ekonomiskt och tidsmässigt fördelaktigt att additivt tillverka klättergrepp, jämfört med polymergjutning. Vidare är det möjligt att återvinna additivt tillverkade detaljer, vilket innebär att klättergrepp skulle kunnaåtervinnas, något som idag inte är möjligt hos gjutna grepp.

Examensarbetet har genomförts i samarbete med Lasertech, Epiroc och SSAB. Syftet med arbetet var att SSAB ville pröva sitt pulver och att Epiroc ville undersöka utvecklingsmöjligheter med additiv tillverkning. Lasertech, som handlett arbetet för studenterna, tillhandahöll maskinen som används till 3D-utskriften och är därmed mellanhanden gällande Epiroc och SSAB i arbetet. Rapporten kommer att spegla en omkonstruktion av Epirocs komponent som produceras med konventionella tillverkningsmetoder och ska modelleras om samt optimeras för additiv tillverkning. Problemet idag är omständigheterna med borrandet av hål vid tillverkningen av komponenten. En viktminskning och eventuella andra optimeringar är önskvärda för att förbättra hela systemet och det finns potential att uppnå detta med additiv tillverkning. Resultatet av arbetet visar hur alla komponenter inte är lämpade för att omkonstrueras för additiv tillverkning utan att behöva designas om på ett större sätt, och att begränsning av modellering kan bromsa möjligheten till att uppnå fördelar. Resultaten som framkom visar på ett optimerat flöde samt en säker viktminskning på 34% med möjlighet till en viktminskning på c:a 67,2% vid implementering av gitterstruktur i prototypen. Detta är något som rekommenderas vid fortsatt arbete på resultatet framtaget i detta arbete. / The degree project has been done in collaboration with Lasertech, Epiroc and SSAB. The project started with SSAB wanting to test their powder and Epiroc wanting to investigate development opportunities with additive manufacturing. Lasertech, which supervised the project for the students, provided the machine used for the 3D printing and is thus the intermediary for Epiroc and SSAB in the work. The report will reflect a redesign of Epiroc's component that is produced using conventional manufacturing methods and will be remodeled and optimized for additive manufacturing. The problem today is the circumstances of the drilling of holes in the manufacturing process of the component. A weight loss and other optimizations are desired to improve the whole system and there is potential to achieve this with additive manufacturing. The result of the work shows that not all components are suitable for reconstruction for additive manufacturing without having to be redesigned in a larger scale, limited modeling can slow down the possibility of achieving benefits. The results obtained shows an optimized flow and a proven weight reduction of 34% with the possibility of a weight reduction of approximately 67,2% with implementation of a lattice structure in the prototype. That is something that is recommended for continued work on the results produced

This thesis explores the possibilities with additive manufacturing, applied to the engineering of high performance bike parts. The goal was to study the technique and materials that make up the additive manufacturing in order to apply this to bike stems. Also, the goal was to develop both a physical and a virtual model to further evaluate the possibilities with additive manufacturing. Knowledge of the additive manufacturing processes was gained through an extensive information study. After that, a focus on a particular method, EBM, electron beam melting, was made. The process of development of a bike part, the steering stem, was documented to identify the strength and weaknesses of the technique and to finally evaluate it to a traditionally manufactured reference stem. The design process started with a state-of-the-art study and concept stage to later be followed with an iterative process of modelling and simulating. The concepts were created with accordance of the constraints set upon them from our technical specification and the European standards regarding bike parts which limits the maximum allowed deformation and fatigue. One concept was selected to be modelled as a physical component. Finally, the developed component is discussed and compared to a chosen reference stem. The final concept did not outperform the reference in weight, but valuable insight and knowledge were gained along the way. The main conclusion of the thesis is that additive manufacturing is a suitable tool for manufacturing of high performing bike parts. Suggestions for future work are also given, where a further analysis with other materials using the EBM-technique is suggested. / Detta kandidatsexamensarbete utforskar möjligheterna med additiv tillverkning applicerat på högpresterande cykelkomponenter. Målet med arbetet var att utforska möjligheterna att utnyttja additiv tillverkning för styrstammar, samt ta fram en virtuell och en fysisk modell av en styrstam anpassad för detta. Genom en omfattande infosökning hämtades kunskap in om de tekniker och material som utgör den additiva tillverkningsgruppen. Därefter gjordes en fördjupning i en specifik teknik, nämligen EBM, electron beam melting. Produktutvecklingsprocessen för cykelkomponenten, en styrstam, dokumenterades för att identifiera styrkorna och svagheterna hos tekniken och för att i slutet utvärderas mot en traditionellt tillverkad referenskomponent. Designprocessen inleddes med infosökning och konceptgenerering för att sedan, med hjälp av digital mjukvara såsom Solid Edge och ANSYS, övergå till en iterativ process av modellering och simulering. Koncepten modellerades efter önskade egenskaper definierat i en kravspecifikation samt rådande EU-standard för styrstammar i tillåten deformation och utmattningsbrott. Ett slutgiltigt koncept valdes och sedan tillverkades en 3D-utskriven fysisk prototyp. I den avslutande delen diskuteras den utvecklade komponenten och jämförs med en vald referenskomponent. Det slutgiltiga konceptet lyckades inte prestera bättre än referenskomponenten i vikt. Men däremot erhölls värdefull insikt och kunskap angående den additiva processen. Slutsatsen som drogs var att additiv tillverkning är en legitim tillverkningsmetod för konstruktion av högpresterande cykelkomponenter. Förslag ges även för framtida arbete där framförallt en vidare analys med andra material som utnyttjar EBM-tekniken föreslås.

Additive manufacturing (AM), also known as 3D-printing is an automated manufacturing process in which the component is built layer upon layer from a predefined 3D computer model. In contrast to conventional manufacturing processes where a vast volume of material is wasted due to machining, AM only uses the material that the component consists of. In addition to material savings, the method has a number of potential benefits. Two of these are (1) a large design freedom which enables the production of complex geometries and (2) a reduced compexity in supply chain as parts can be printed on-demand rather than be kept in stock. This master thesis has been performed at Vattenfall Wind Power and aims to investigate the feasibility to reproduce and/or to refurbish one or two spare parts on a wind turbine by AM and if it can introduce any practical benefits. Components with a high failure rate and/or with an suitible design for AM have been investigated. A rotating union or fluid rotary joint (FRJ) was selected for further analysis. A comprehensive background study has been conducted. A current status of metal AM is described as well as a comparison between conventional and additive processes. Furthermore, current and future applications for AM witihin the wind turbine industry are presented. The mehodology "reverse engineering", main components in a wind power plant including the fluid rotary joint as well as fluid dynamics are also treated in the background study. As a part of the process, a fluid rotary joint with worse historical failure data was disassembled and examined. In order to find other design solutions that contributes to a better and more reliable operation, another better performing fluid roraty joint was investigated. Since detail drawings and material information are missing for the examined units, reverse engineering has been carried out to gather details of the designs. A concept for the first unit has been developed, in which improved design solutions has been introduced and a number of changes have been implemented in order to minimize material consumption and to adapt the design for AM. The concept has been evaluated by the use of numerical methods. Costs and build time have also been estimated for the developed concept. This project has illustated that it is feasable to manufacture spare parts by the use of AM. The developed concept demonstrates several improvements that are not possible to achieve with conventional manufacturing processes. Nevertheless, a number of limitations such as insufficient build volume, costs as well as time cosuming engineering effort and post-proccessing methods are present for AM. These restrictions, in combination with lack of 3D-models, limits the possibility to make use of the technology. However, the future looks bright, if the technology continues to develop and if subcontractors are willing to adapt to AM it will probably have a major breakthrough within the windpower industry. / Additiv tillverkning, "additive manufacturing" (AM) eller 3D-printing är en automatiserad tillverkningsmetod där komponenten byggs lager för lager från en fördefinierad 3D datormodell. Till skillnad från konventionella tillverkningsmetoder där en stor mängd material ofta bearbetas bort, använder AM nästintill endast det material som komponenten består utav. Förutom materialbesparingar, har metoden ett flertal andra potentiella fördelar. Två av dessa är (1) en stor designfrihet vilket möjliggör produktion av komplexa geometrier och (2) en möjlighet till en förenklad logistikkedja eftersom komponenter kan tillverkas vid behov istället för att lagerföras. Detta examensarbete har utförts på Vattenfall Vindkraft och har till syfte att undersöka om det är möjligt att tillverka och/eller reparera en eller två reservdelar genom AM och om det i så fall kan införa några praktiska fördelar. En kartläggning av komponenter med hög felfrekvens och/eller som kan vara lämpade för AM har genomförts. Av dessa har en roterande oljekoppling även kallad roterskarv valts ut för vidare analys. En omfattande bakgrundsstudie har utförts. En nulägesorientering inom området AM för metaller redogörs, här redovisas även en generell jämförelse mellan konventionella och additiva tillverkningsmetoder. Vidare behandlas aktuella och framtida användningsområden för AM inom vindkraftsindustrin. I bakgrundsstudien behandlas också arbetssättet "reverse engineering", huvudkomponenter i ett vindkraftsverk inklusive roterskarven samt flödesdynamik. Under arbetets gång har en roterskarv med sämre driftshistorik undersökts. I syfte att finna andra konstruktionslösningar som bidrar till en säkrare drift har en bättre presenterande enhet från en annan tillverkare granskats. Då viss detaljteknisk data och konstruktionsunderlag saknas för de undersökta enheterna har "reverse engineering" tillämpats. Ett koncept har sedan utvecklats för den första enheten där förbättrade konstruktionslösningar har introducerats samtidigt som en rad konstruktionsförändringar har gjorts i syfte att minimera materialåtgången och samtidigt anpassa enheten för AM. Konceptet har sedan evaluerats med hjälp av numeriska beräkningsmetoder. För det givna konceptet har även kostnad och byggtid uppskattats. Arbetet visar på att det är möjligt att ta fram reservdelar till vindkraftverk med hjälp av AM. Det framtagna konceptet visar på ett flertal förbättringar som inte kan uppnås med konventionella tillverkningsmetoder. Emellertid finns det en rad begränsningar såsom otillräcklig byggvolym, kostnader och tidskrävande ingenjörsmässigt arbete och efterbehandlingsmetoder. Dessa förbehåll i kombination med avsaknad av 3D-modeller begränsar möjligheterna att nyttja tekniken i dagsläget. Framtiden ser dock ljus ut, om tekniken fortsätter att utvecklas samtidigt som underleverantörer är villiga att nyttja denna teknik kan AM få ett stort genombrott i vindkraftsindustrin.

This study analyses and examines the hybrid printing process at Uddeholms AB in Hagfors.The objective of this study is to present recommended parameters to achieve optimal printingresults in a newly developed steel as well as a steel powder material designed for additivemanufacturing.The study showed that the best results occurred when printing on metal in a delivery state,with a thin layer thickness and double exposure. This resulted in full density in the fusion zoneand a gradient hardness change compared to a linear hardness change which was achievedwhen using single exposure. This leads to a lower chance of crack initiation due to internalstresses in the material.Additionally, a fixture system is presented that can fixate a variety of geometriessimultaneously. The use of this fixture system leads to a reduction in lead time by up toapproximately 85% comparing to the fixture solution in use today. Another benefit is theincreased economic sustainability since the operator does not need bespoke fixturing solutionsfor specific jobs.To achieve optimal properties of the printed detail, the parameters presented in this studyshould be used in conjunction with the fixture system.

Additive Manufacturing is a fast-growing new technology with the advantages of manufacturingvirtually any shape and low-cost when the production volume is low, it would be a good solutionfor scale aircraft model production, which has complex-shape parts and small-batch production.However, this industry has not yet introduced this technology. Through method of modeling, prototyping and comparing, this project investigates the AMtechniques and materials suitable for the production of scale aircraft models, and how to assignthem to specific parts, which is the path towards using Additive Manufacturing in scale aircraftmodel production. / Additiv tillverkning är en snabbväxande ny teknik med fördelarna av att tillverka praktiskt tagetvilken form som helst och till låg kostnad när produktionsvolymen är låg, det skulle vara en bralösning för tillverkning av skalenlig flygplansmodell, som har komplexa delar och små partierproduktion. Men denna industri har ännu inte introducerat denna teknik. Genom metoder för modellering, prototypframställning och jämförelse undersöker detta projektAM-tekniker och material som är lämpliga för produktion av skalenlig flygplansmodell, och hurman tilldelar dem till specifika delar, vilket är vägen mot att använda Additive Tillverkning iskalenlig flygplansmodellproduktion.

Introduction: Additive manufacturing (AT) also known as 3D printing has become a more widespread technology in various industries. The manufacturing method has increased the efficiency of manufacturing industries in producing products with technically challenging properties. Through continuous research and development, AT could compensate for traditional working methods and strive to reduce material and time loss as well as manufacturing costs. Purpose: The project aims to investigate how additive manufacturing can be used to create molds with accuracy and precision. It will also be explored how these molds will result in injection molding with high precision and accuracy. To obtain relevant data, a suitable material must be selected for injection molding. To realize this, it is necessary to define which parameters are required and how a mold should be constructed. The goal of the project has resulted in the formulation of two research questions: Q1: How can Additive Manufacturing (AT) be applied to make molds? Q2: Which parameters can be identified to optimize the quality of the mold and thereby achieve good precision and accuracy of the injection molded product? Method: Within the work, both qualitative and quantitative research has been conducted. The information gathered is based on scientific articles, relevant literature, and the execution of a case study in collaboration with Mälardalen industrial Technology Center (MITC). An abduction approach was used where data from both the literature and the case study were found continuously. During the process, the writers were allowed to develop a deeper understanding of the area which enabled the generation of new data from the literature and articles. By using these two data types in an iterative process to verify information, it increases validity and reliability. Conclusion: Within the case study, it was observed that SLA 3D printing was not completely accurate and produced unexpected results. The distinction between the geometry of CAD design and 3D printing can be accurately evaluated based on the positioning of the component in the 3D printer. Both the precision and accuracy of the geometry and design that is 3D printed by SLA can vary due to several factors such as shrinkage, deformation, and volume. To improve the precision and accuracy of injection molding results for components, it is crucial to adapt the mold to manage injection molding. In addition to the recommended material, the mold design needs features such as cooling systems and ventilation channels, which can be optimized using CAD tools. The mold cavity is designed with rounded corners, even wall thicknesses, no protruding details, and specifically adapted release angles. / Introduktion: Additiv tillverkning (AT) även känd som 3D-printning har blivit en alltmer utbredd teknologi inom olika industrier. Framställningsmetoden har ökat effektiviteten för tillverkningsindustrier när det gäller att producera produkter med tekniskt utmanande egenskaper. Genom kontinuerlig forskning och utveckling har AT potentialen att ersätta traditionella arbetssätt och sträva efter att reducera material-och tidsförlust samt kostnader på tillverkning.  Syftet: Projektet syftar till att undersöka hur additiv tillverkning kan användas för att skapa gjutformar med hög noggrannhet och precision. Det ska även utforskas hur dessa gjutformar kommer att resultera i formsprutningar med hög precision och noggrannhet. För att erhålla relevant data ska ett lämpligt material väljas för formsprutning. För att förverkliga detta är det nödvändigt att definiera vilka parametrar som erfordras och hur en gjutform bör konstrueras. Målet med projektet har resulterat i formulering av två forskningsfrågor: F1: På vilket sätt kan Additiv Tillverkning (AT) tillämpas för att tillverka gjutformar? F2: Vilka parametrar kan identifieras för att optimera gjutformens kvalitet och därmed uppnå god precision och noggrannhet på formsprutad produkt? Metod: Inom arbetet har både kvalitativ och kvantitativ forskning utförts. Informationen som har samlats in är baseras på vetenskapliga artiklar, relevant litteratur samt utförande av en fallstudie i samarbete med Mälardalen Industrial Technology Center (MITC). En abduktionsansats användes, där data från både litteratur och fallstudien löpande integrerades. Under processens gång utvecklade skribenterna en djupare förståelse av området som, vilket möjliggjorde generering av nya data från litteratur och artiklar. Genom att använda dessa två data typer i en iterativ process för att verifiera information, ökas studiens validitet och reliabilitet.  Slutsats: I fallstudien framkom det att SLA 3D-printning inte var helt noggrann och ger oväntade resultat. Skillnaden mellan CAD-konstruktion och 3D-printning kan vara effektiv att beräkna beroende på positioneringen av komponenten i 3D-skrivaren. Både precisionen och noggrannheten kan variera på grund av flera faktorer som bland annat krympning, deformation och volym.  För att förbättra precisionen och noggrannheten i resultatet av formsprutningar av komponenter är det viktigt att anpassa gjutformen för att hantera formsprutningar. Utöver rekommenderat material bör formen bland annat konstrueras med kylsystem och avluftningskanaler, vilka kan optimeras med CAD-verktyg. Gjutformens kavitet bör även konstrueras med avrundade hörn, jämna väggtjocklekar, inga utskjutna detaljer och specifikt anpassade släppvinkel.