Экспертное интервью с Джоном Барнсом, генеральным директором Metal Powder Works:Инновации в материалах в аддитивном производстве

В 2022 году опрос сообществ инженеров и 3D-печати, проведенный Hubs в своем «Отчете о тенденциях 3D-печати 2022», показал, что 44% участников назвали новые материалы и композиты главным достижением года. Однако в области АП металлов осталось всего 16 выпускных спецификаций АПМ для металлических порошков. Поскольку влияние аддитивного производства распространяется на более широкие промышленные круги и все больше компаний осознают преимущества, которые оно может принести, крайне важно предоставить им знания и инструменты для продвижения дальнейших инноваций.

‍

Мы встретились с Джоном Барнсом, генеральным директором The Barnes Global Advisors и Metal Powder Works, чтобы обсудить, как два его предприятия способствуют комплексным изменениям в этой области.

‍

Давайте начнем с завода по производству металлического порошка. Не могли бы вы рассказать нам немного больше о «процессе DirectPowder» компании MPW; существовала ли на рынке металлического АМ ниша, которую закрывает ее изобретение?

‍

Я думаю, что во многом наш «Процесс DirectPowder» аккумулирует наш 20-летний производственный опыт и применяет его к производству порошков.

‍

Производство порошка основано на распылении, технологии, которой уже много веков. Но консистенция порошка сильно варьируется:когда мы использовали его, пытаясь аттестовать детали для Airbus, нам всегда приходилось менять настройки принтеров, чтобы принимать различия от партии к партии.

‍

Наш «процесс DirectPowder» для производства порошков невероятно последователен:в одном исследовании мы поставили 2 партии порошка с разницей в 12 месяцев на двух разных машинах, и средний размер частиц отличался всего на 3 микрона. Когда вы таким образом уменьшаете изменчивость исходного сырья, вы по своей сути начинаете уменьшать изменчивость всего остального. Если вы этого не сделаете, вам будет очень сложно добиться этого в другом месте процесса.

‍

Metal Powder Works это понимает. Вы сообщаете нам, какой размер порошка вам нужен, и мы производим только его — это очень высокоэффективный процесс. Например, если вам нужен порошок размером от 20 до 63 микрон, 95% или более того, что мы производим, будет порошком такого размера, а это означает, что у нас очень небольшие потери в процессе. Вот почему мы очень доступны по цене, что не всегда справедливо для традиционного производства порошков.

‍

[Изображение предоставлено:Завод металлического порошка]

‍

«Не используйте атомизацию» — это не наше послание. Мы говорим, что распыление работает, когда есть эффект масштаба — нержавеющая сталь, Inconel 718, многие люди их используют. Но если вы хотите, чтобы для AM было доступно больше материалов, процесс распыления с экономической точки зрения, вероятно, не обеспечит решения. Вот почему сегодня существует всего около дюжины материалов, доступных в виде порошков.

‍

Только существует более 100 различных алюминиевых сплавов. Если вы посмотрите на современный самолет, в нем используется дюжина различных алюминиевых сплавов, несколько титановых сплавов, возможно, дюжина стальных - материалы оптимизированы для того, что им нужно делать. Аддитивное производство должно развиваться в аналогичном режиме.

‍

Какое значение будет иметь разработка материалов в 2023 году?

‍

За прошедшие десятилетия мы прошли через этапы, когда дизайнер считался «неважным», и все внимание было сосредоточено на производстве. Затем внезапно дизайн стал важен:производство догнало то, что мы могли спроектировать, и нам нужно было снова расширить угол проектирования. Сегодня мы видим, что производство изо всех сил пытается идти в ногу со временем. Однако благодаря новым передовым производственным технологиям, таким как AM, дизайнер получает новый набор инструментов.

‍

Мы даем дизайнеру возможность вернуться назад и переосмыслить, например, как должен выглядеть салон автомобиля, а вместе с этим — и материалы. Это ключ к созданию новых проектов.

‍

Например, автомобильная промышленность пережила десятилетие или более замены материалов. Они взяли сталь и заменили ее алюминием, а затем алюминий пластиком, пока у них не закончилось все, что можно заменить, и они снова обратились к редизайну. Благодаря передовым технологиям и аддитивному производству вы можете создавать конструкции, обеспечивающие легкие детали, но при этом обеспечивающие такую же производительность, если не лучшую.

‍

Будущее за командами. Если вы посмотрите на любую из передовых производственных технологий — искусственный интеллект, автоматизацию, робототехнику, 3D-печать — все они требуют команды, потому что ни одна дисциплина не может этого сделать.

‍

Аддитивное производство — это командный вид спорта. У вас есть дизайнер, у вас есть специалист по конструкциям, у вас есть специалист по материалам. В коробке с принтером много чего происходит. Вы одновременно создаете форму и материал. у вас есть сырье, промышленные газы и лазеры — происходит всякое. Без команды этого не произойдет.

‍

Мне нравится идея, что 3D-печать — это линза, с помощью которой мы можем постоянно переосмысливать различные аспекты производства.

Я думаю, что это все. 3D-печать — это не вещь, это целое семейство вещей. Это почти способ мышления.

В зависимости от конечного эффекта, к которому вы стремитесь, вы выбираете принтер, который позволит вам достичь этой цели. Если вы собираетесь печатать клетки кожи, есть ответ. Если вы хотите напечатать дом из бетона, на этот вопрос есть ответ. Если вы хотите изготовить пластиковую деталь, на этот вопрос тоже есть ответ.

‍

Но все они построены на одной и той же предпосылке — конструкции «слой за слоем». И это сложно, потому что мы вырезали вещи из камня и дерева с начала человечества. Теперь пришло время подумать об обратном:это занимает много времени.

‍

Переходя теперь к совершенно другому виду бизнеса, которым вы занимаетесь, можете ли вы рассказать немного о The Barnes Global Advisors и о ценности, которую она представляет для бизнеса?

Мы начали с того, что помогли людям освоить аддитивное производство. Наша замечательная команда инженеров имеет большой опыт работы на высокоинтенсивных рынках:аэрокосмической, оборонной, медицинской, тяжелого транспорта. Мы опираемся на свой опыт работы с вещами, которые не удались в первый раз, когда мы это попробовали, чтобы мы могли упростить его для других людей.

‍

Многие люди очень не понимают требований и квалификации аддитивного производства — для нас процесс всегда один и тот же. Независимо от того, говорите ли вы о локомотиве или о самолете, процесс один и тот же, даже если уровень интенсивности и испытаний, которые вам придется пройти, могут отличаться. Понимание требований предполагает определение того, как будет выглядеть успех — мы помогаем компаниям работать в обратном направлении.

‍

Мы даем один и тот же совет всем:от производителей принтеров до производителей материалов. Если вы знаете, что нужно клиенту, вам нужно определить, какую проблему вы решаете, какова в этом ценность, а затем работать в обратном направлении и выяснить, как мы можем это реализовать.

‍

Попутно мы ввели обучение персонала и развитие навыков, сначала с помощью нашего курса «Проектирование для AM», обучая людей тому, что такое добавка, где она используется, плюсам и минусам, а также каждому из различных процессов. TBGA уникален тем, что у команды есть опыт использования всех семейств процессов AM — мы можем говорить о порошке, прямой энергии, экструзии материалов — все на рабочем уровне. Важно отметить, что мы делаем это независимо — мы не привязаны к какой-либо другой компании, то есть смотрим на вещи так, как это делают инженеры.

‍

За последние пару лет мы объединили группу, которую мы называем «СМИ», которая занимается переводом всех этих технологических знаний и отправкой этого сообщения на рынок. Производство — очень интересный (и шумный) рынок, он отличается от рынков, ориентированных на коммерческие или потребительские товары.

‍

Мы обнаружили, что благодаря работе с персоналом, средствам массовой информации, а затем консалтингу, в нашей работе существует гармония. Это позволяет нам переходить от стратегического проекта к выводу продуктов на рынок. Несмотря на все эти сбои в цепочках поставок, мы все чаще видим, что можем помочь правительству США и другим странам понять, как они могут приспособиться, и подумать, может ли аддитивное производство стать решением.

‍

Если у вас есть высокоавтоматизированная технология, такая как аддитивное производство, сможет ли она помочь в решении подобных человеческих проблем? Это вопрос, который мы сейчас рассматриваем, возможно, объединив решения из аддитивного производства, автоматизации и, возможно, робототехники, чтобы создать решение, отвечающее конечным требованиям.

‍

В конце концов, если клиенты не могут получить свои детали, нам нужно лучшее решение. Это глобальная проблема. Каким бы фрагментированным ни было наше общество, мы все страдаем от одних и тех же вещей.

‍

Ваша работа с Metal Powder Works и The Barnes Global Advisors совершенно различна. Если бы вы могли провести хотя бы одно сходство между тем, что обе компании вносят в сферу AM, что бы это было?

Я усвоил одну вещь:очень трудно следовать собственному совету. Когда я надеваю шляпу Metal Powder Works, я в основном являюсь клиентом, с которым обычно работает TBGA. Поэтому иногда я думаю про себя:«О, мне нужно последовать собственному совету и структурно сделать это». вещи».

‍

Другое дело – важность баланса. Что меня очень радует в TBGA, так это то, что у нас довольно разнообразная по полу группа. Я думаю, что мы даем лучший ответ нашим клиентам, потому что у нас разные мыслительные процессы. Я надеюсь, что это показатель будущего.

‍

Мы осознаём, что нам необходимо быть вовлеченными в индустрию, быть частью её структуры. Мы также должны продвигать попытки побудить людей думать о производстве как о карьере. Будь то технический специалист или специалист по маркетингу.

‍

Есть ли какие-либо текущие тенденции AM, которые вас больше всего волнуют?

Я думаю, что в целом тенденцией является индустриализация, которая приводит к необходимости решения таких проблем, как цифровой рабочий процесс, который сегодня может быть очень фрагментированным. Мы понимаем, что важно подходить к нашим процессам целостно:аддитивное производство — это не просто печать формы.

‍

Если вы снова подумаете о материалах, то увидите, что они также становятся более важными из-за индустриализации, которая связана не только с техническими проблемами, но и с проблемами бизнеса - если, например, печатная часть будет стоить дороже, то лучше производить больше. Это ценностное предложение.

‍

Наш объем знаний увеличивается. В какой-то момент мы увидели, что идеально сферические частицы очень важны в потоке Холла. Теперь мы знаем, что Hall Flow на самом деле является всего лишь прокси, потому что лучшего стандарта у нас нет. Как только мы это признаем, мы можем отступить и подумать, что, возможно, «идеально сферическая» не подходит — может быть, нам нужно меньше сферический, или признать, что «сферический» — это в первую очередь континуум, а не бинарный. Это старое движение:если требуется очень мало энергии, чтобы войти в положение, то требуется очень мало энергии, чтобы вывести его из положения. Существует оптимум, и мы хотим его сохранить.

‍

Думаю, именно поэтому тема индустриализации так важна – она предполагает решение различных актуальных проблем. Независимо от того, учитываются ли при этом вопросы производительности и затрат или более широкие глобальные проблемы, существует множество проблем различного характера, которые необходимо решить.

‍

Мне хотелось бы думать, что в какой-то момент потребление меньшего количества энергии и производство меньшего количества CO2 станет показателем, которым будут пользоваться все больше людей, при этом стоимость по-прежнему будет важна. Вместо того, чтобы производить меньше CO2, затраты на производство меньшего количества CO2 будут в два раза выше, почему он не может быть нейтральным на обоих фронтах? Процесс, который стоит столько же, сколько и устаревший процесс, но выделяет гораздо меньше CO2, безусловно, является правильным ответом.

‍

–

Узнайте больше о The Barnes Global Advisors:https://www.barnesglobaladvisors.com/

Узнайте больше о заводе по производству металлического порошка:https://www.metalpowderworks.com/

Узнайте больше об AMFG:https://amfg.ai/