Expertinterview met John Barnes, CEO van Metal Powder Works: Materiaalinnovatie drijven in additieve productie

In 2022 zagen 44% van de deelnemers in de enquête van Hubs onder engineering- en 3D-printcommunities in hun '3D Printing Trend Report 2022' nieuwe materialen en composieten als de top-ontwikkeling van het jaar. Toch zijn er in de sfeer van metaal AM nog steeds maar 16 vrijgegeven AMS-specificaties voor metaalpoeder. Naarmate de invloed van additieve productie breder industriële kringen bereikt en meer bedrijven de voordelen overwegen, zal het imperatief zijn om hen de kennis en tools te geven om verder te innoveren.

We spraken met John Barnes, CEO van The Barnes Global Advisors en Metal Powder Works, om te bespreken hoe zijn twee bedrijven integrale verandering in het veld drijven.

Laten we beginnen met Metal Powder Works. Kunt u ons wat meer vertellen over MPW's 'DirectPowder Process'; was er een gat in de metaal AM-mark die de uitvinding dicht?

Ik denk dat op veel manieren onze 'DirectPowder Process' onze 20 jaar productieervaring accumulateert en toepast op poederproductie.

Poederproductie is gebaseerd op atomisatie, wat een eeuwenoude technologie is. Maar de consistentie van het poeder is wijd uiteenlopend - toen we het gebruikten tijdens het kwalificeren van onderdelen voor Airbus, moesten we constant instellingen op de printers veranderen om batch-tot-batch variatie te accepteren.

Onze 'DirectPowder Process' voor poederproductie is ongelooflijk consistent - in één studie leverden we 2 batches poeder, 12 maanden uit elkaar van twee verschillende machines en de gemiddelde deeltjesgrootte was slechts 3 micron verschillend. Wanneer u de variabiliteit van de grondstof op deze manier reduceert, reduceert u inherent de variabiliteit van al het andere. Als u dat niet doet, is het echt moeilijk om het ergens anders in het proces uit te hameren.

Metal Powder Works ziet dat. U vertelt ons welke poedergrootte u wilt, en we maken alleen die - het is een zeer hoog-efficiënt proces. Als u bijvoorbeeld een 20 tot 63 micron poeder wilt, zal 95% of meer van wat we produceren die poedergrootte zijn, wat betekent dat we zeer weinig verlies in het proces hebben. Dat is waarom we zeer betaalbaar zijn, wat niet vaak waar is van traditionele poederproductie.

[Afbeeldingscredit: Metal Powder Works]

'Gebruik geen atomisatie' is niet ons bericht. We zeggen dat atomisatie werkt wanneer je economies van schaal hebt - roestvrij staal, Inconel 718, veel mensen gebruiken deze. Maar als u meer materialen beschikbaar wilt maken voor AM, is het atomisatieproces, economisch gezien, waarschijnlijk niet de oplossing. Dat is waarom er maar ongeveer een dozijn materialen beschikbaar zijn als poeder vandaag.

Er zijn meer dan 100 verschillende aluminiumlegeringen alleen al. Als u kijkt naar een modern vliegtuig, gebruikt het een dozijn verschillende aluminiumlegeringen, verschillende titaniumlegeringen, waarschijnlijk een dozijn van staal - de materialen zijn geoptimaliseerd voor wat ze moeten doen. Additieve productie moet in een vergelijkbaar regime bewegen.

Wat is het belang van materiaalontwikkeling in 2023?

Over de decennia zijn we door fasen gegaan waar de ontwerper 'onbelangrijk' werd geacht, en de focus lag volledig op productie. Dan, plotseling, werd het ontwerp belangrijk - productie had ingehaald wat we konden ontwerpen, en we moesten de ontwerphoek weer aandrukken. Vandaag zien we dat productie worstelt om bij te blijven. Echter, met deze nieuwe geavanceerde productietechnologieën zoals AM, krijgt de ontwerper een nieuwe toolset.

We stellen de ontwerper in staat om terug te gaan en na te denken over, bijvoorbeeld, hoe de binnenkant van een auto eruit moet zien, en samen met deze ontwikkeling gaan materialen. Deze zijn cruciaal om hen in staat te stellen om deze nieuwe ontwerpen te bedenken.

De automotive-industrie heeft een decennium of meer doorlopen van materiaalsubstitutie, bijvoorbeeld. Ze namen staal en vervingen het door aluminium, en dan aluminium door kunststof, tot ze dingen op hadden om te vervangen, en keerden ze terug naar herontwerp. Met geavanceerde technologieën en additieve productie, kunt u ontwerpen bedenken die lichte onderdelen leveren, maar ook dezelfde prestaties behalen, zo niet beter.

De toekomst gaat allemaal over teams. Als u kijkt naar een van de geavanceerde productietechnologieën - AI, automatisering, robotica, 3D-printen - ze vereisen allemaal een team, omdat geen enkele discipline het alleen kan doen.

Additieve productie is een teamspeltje. Je hebt een ontwerper, je hebt een structuurspecialist, je hebt een materialenspecialist. Er zit veel in de printerbak. Je creëert tegelijkertijd een vorm en een materiaal. Je hebt grondstof die binnenkomt en industriële gassen en lasers - er gebeuren allemaal dingen. Dat gebeurt niet zonder een team.

Ik hou van het idee dat 3D-printen een lens is doorheen we verschillende aspecten van productie kunnen heroverwegen.

Ik denk dat dat het is. 3D-printen is geen ding, het is een familie van dingen. Het is bijna een manier van denken.

Afhankelijk van het eindresultaat waar u naartoe streeft, kiest u de printer die u daar brengt. Als u hudcellen gaat printen, is er een antwoord. Als u een huis wilt printen met beton, nou, er is een antwoord voor dat. Als u een kunststofonderdeel wilt maken, is er ook een antwoord voor dat.

Maar ze zijn allemaal gebouwd op dezelfde premisse, namelijk deze 'laag voor laag' constructie. En dat is moeilijk omdat we dingen uit rots en hout hebben gegraven sinds het begin van de menselijke tijd. Nu is het tijd om na te denken over het inverse van dat - dat duurt lang.

Nu over een heel ander soort bedrijf waarin u betrokken bent, kunt u iets vertellen over The Barnes Global Advisors en de waarde die het bedrijven biedt?

We begonnen met het helpen van mensen om additieve productie te vertegenwoordigen. Ons geweldige team van ingenieurs heeft veel ervaring in hoogintensieve markten - luchtvaart, defensie, medisch, zwaar transport. We trekken op onze ervaring met dingen die de eerste keer niet goed gingen, zodat we het voor anderen kunnen stroomlijnen.

Veel mensen zijn erg in de war over eisen en kwalificatie met additieve productie - voor ons is het proces altijd precies hetzelfde. Of u nu praat over een locomotief of een vliegtuig, het proces is hetzelfde, zelfs als de intensiteit en testen die u moet doorlopen kunnen verschillen. Begrip van eisen houdt in vast te stellen hoe succes eruit zal zien - we helpen bedrijven om daar achteruit te werken.

We geven hetzelfde advies aan iedereen, van printerbedrijven tot materialenbedrijven. Als u weet wat de klant nodig heeft, gaat het om te bepalen welk probleem u oplost, wat de waarde daarin zit, en dan achteruit te werken en uit te zoeken hoe we dat mogelijk maken.

Op de weg hebben we workforce- en skills development-training geïntroduceerd, eerst met onze 'Designing for AM'-cursus, mensen leren wat additief is, waar het gebruikt wordt, de voor- en nadelen, en elk van de verschillende processen. TBGA is uniek in dat het team ervaring heeft met alle families van AM-processen - we kunnen praten over poeder, direct energy, materiaalekstrusie, allemaal op werkend niveau. Belangrijk is dat we dat doen met een onafhankelijke lens - we zijn niet gebonden aan een ander bedrijf, wat betekent dat we dingen bekijken als ingenieurs doen.

In de afgelopen paar jaar hebben we een groep geïntegreerd die we 'Media' noemen, gericht op het vertalen van al die technologische kennis en dat bericht naar de markt uit te dragen. Productie is een heel interessante (en lawaaierige) marktplaats - het verschilt van die gericht op commerciële of consumentenproducten.

We vonden dat door het workforce-stuk, het media-stuk, en dan de consultancy, er harmonie zit in de manier waarop we werken. Het stelt ons in staat om te schakelen van een strategieproject helemaal door tot het introduceren van producten op de markt. Steeds vaker hebben we door al die leverancierskettenschokken gezien dat we de VS-overheid en anderen kunnen helpen te begrijpen hoe ze zich kunnen aanpassen, en of additieve productie een oplossing kan zijn.

Wanneer u een hooggeautomatiseerde technologie heeft zoals additieve productie, kan dat helpen met menselijke problemen zoals deze? Dat is de vraag waar we nu naar kijken, misschien oplossingen combineren uit additieve productie, automatisering, en mogelijk robotica, om een oplossing te maken die werkt voor de eindvereiste.

Aan het einde van de dag, als klanten hun onderdelen niet kunnen krijgen, hebben we een betere oplossing nodig. Dat is een wereldwijd probleem. Hoe gefragmenteerd we als samenleving ook lijken, we lijden allemaal onder dezelfde dingen.

Uw werk met Metal Powder Works en The Barnes Global Advisors is heel anders. Als u één gelijkenis zou kunnen trekken tussen wat de twee bedrijven bijdragen aan de AM-sfeer, wat zou dat zijn?

Het ene ding dat ik geleerd heb is dat het heel moeilijk is om uw eigen advies op te volgen. Als ik mijn Metal Powder Works-hoed op heb, ben ik grotendeels de klant waar TBGA normaal mee zou werken. Dus af en toe denk ik: "oh, ik moet mijn eigen advies opvolgen en structureel deze dingen doen".

Een ander ding is het belang van balans. Één ding over TBGA waar ik heel blij over ben is dat we een redelijk genderdiverse groep hebben. Ik denk dat we een beter antwoord genereren voor onze klanten omdat we verschillende gedachteprocessen hebben. Ik hoop dat dit indicatief is voor de toekomst.

We zijn ons bewust dat we betrokken moeten zijn in de industrie, deel van het weefsel. Het aanmoedigen van mensen om na te denken over productie als carrière is ook iets wat we moeten promoten. Of het nu is als technisch persoon, of in marketing.

Zijn er huidige AM-trends waar u het meest enthousiast over bent?

Ik denk dat de trend in het algemeen industrialisatie is - dat brengt de noodzaak om problemen op te lossen zoals de digitale workflow, die vandaag de dag heel gefragmenteerd kan zijn. We realiseren ons dat het belangrijk is om holistisch over onze processen na te denken - additieve productie gaat niet alleen om een vorm te printen.

Als u weer over materialen nadenkt, die worden ook belangrijker door industrialisatie, wat niet alleen met technische kwesties komt maar ook zakelijke problemen - als het geprint onderdeel meer gaat kosten, moet het beter doen. Dat is de waardepropositiezijde.

Onze kennisvergroting neemt toe. Op een gegeven moment zagen we perfect bolle deeltjes als superbelangrijk in de Hall Flow. We weten nu dat Hall Flow eigenlijk slechts een proxy is omdat we geen betere standaard hebben. Eenmaal dat we dat erkennen, kunnen we terugduwen en overwegen dat misschien 'perfect bol' niet goed is - misschien hebben we minder bol nodig, of erkennen dat 'bol' een continuum is in de eerste plaats, niet binair. Het is die eeuwenoude beweging - als het heel weinig energie kost om in positie te komen, kost het heel weinig energie om eruit te komen. Er is een optimum, en we willen dat er houden.

Ik denk dat dat de reden is waarom het industrialisatiestuk zo belangrijk is - het omvat het oplossen van diverse relevante problemen. Of dat nu productiviteits- en kostenkwesties in rekening brengt, of bredere mondiale kwesties, er zijn veel problemen van verschillende aard op te lossen.

Ik zou graag willen dat, op een gegeven moment, minder energie consumeren en minder CO2 produceren een meetkund wordt die meer mensen gebruiken, met kosten nog steeds belangrijk. In plaats van twee keer zoveel te kosten om minder CO2 te produceren, waarom kan het niet neutraal op beide fronten zijn? Een proces dat evenveel kost als een legacy-proces, maar een heel pak minder CO2 uitstoot, is zeker het juiste antwoord.

–

Meer informatie over The Barnes Global Advisors: https://www.barnesglobaladvisors.com/

Meer informatie over Metal Powder Works: https://www.metalpowderworks.com/

Meer informatie over AMFG: https://amfg.ai/