Life Cycle Assessment and Predictive Maintenance Framework for a Vat Photopolymerization Additive Manufacturing Farm

This thesis presents a dual-perspective analysis of an automated additive manufacturing system based on vat photopolymerization. The study focuses on two main aspects: the system’s environmental performance through a simplified Life Cycle Assessment (LCA) and the use of predictive maintenance strategies to improve operational efficiency. The environmental analysis covers both cradle-to-gate impacts and use-phase energy consumption for key components, including 3D printers, robotic units, and post-processing stations. Results highlight subsystems with the highest energy demand and emissions, pointing to opportunities for sustainable design improvements. In parallel, a modular maintenance framework is developed, combining inspection-based, preventive, and predictive strategies according to the function of each component, failure modes, and data availability. Special focus is placed on crucial 3D printer subcomponents and motion-related elements of the robotic systems, where real-time monitoring can reduce downtime and material waste. By integrating environmental and maintenance perspectives, the study supports the development of more efficient, scalable, and sustainable AM farm systems.

Questa tesi presenta un’analisi a doppia prospettiva di un sistema automatizzato di produzione additiva basato sulla fotopolimerizzazione in vasca. Lo studio si concentra su due aspetti principali: le prestazioni ambientali del sistema attraverso una valutazione semplificata del ciclo di vita e l’impiego di strategie di manutenzione predittiva per migliorare l’efficienza operativa. L’analisi ambientale considera sia gli impatti dalla culla al cancello sia i consumi energetici in fase di utilizzo per i componenti chiave, tra cui stampanti tridimensionali, unità robotiche e stazioni di post-trattamento. I risultati evidenziano i sottosistemi con la maggiore domanda di energia e le emissioni più rilevanti, individuando opportunità di miglioramento nella progettazione sostenibile. Parallelamente, viene sviluppato un quadro di manutenzione modulare, che combina strategie basate su ispezioni, interventi preventivi e predittivi in base alla funzione di ciascun componente, alle modalità di guasto e alla disponibilità dei dati. Particolare attenzione è rivolta ai sottocomponenti cruciali delle stampanti tridimensionali e agli elementi legati al movimento dei sistemi robotici, dove il monitoraggio in tempo reale può ridurre i tempi di fermo e lo spreco di materiale. Integrando la prospettiva ambientale con quella manutentiva, lo studio contribuisce allo sviluppo di sistemi di produzione additiva più efficienti, scalabili e sostenibili.