Experteninterview:Amerika macht Executive Director John Wilczynski über die Fortschritte beim 3D-Druck

America Makes ist der nationale Beschleuniger der Vereinigten Staaten für additive Fertigung (AM) und ist führend bei der Förderung von Forschung und Entwicklung (Forschung und Entwicklung), Kommerzialisierung und Einführung von AM-Technologien. Seit seiner Gründung im Jahr 2012 hat das Institut 88 AM-F&E-Projekte durchgeführt und ist von 65 Gründungsorganisationen auf über 225 angewachsen. 

Im Experteninterview dieser Woche sprechen wir mit dem Executive Director von America Makes, John Wilczynski, um mehr über die kürzlich abgeschlossene Kooperationsvereinbarung über 322 Millionen US-Dollar mit dem US Air Force Research Lab, dem Stand der 3D-Druckstandards, zu erfahren und die Bedeutung der Entwicklung der Arbeitskräfte, um die Einführung von AM zu beschleunigen.

Können Sie uns etwas über American Makes und die Mission der Organisation erzählen?

America Makes hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Einführung des 3D-Drucks oder der additiven Fertigung voranzutreiben. Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung der industriellen Basis für die Technologie. Wir machen das seit etwas mehr als sieben Jahren. Wir wurden im Jahr 2012 gegründet und von verschiedenen US-Regierungs- und Bundesbehörden finanziert.

Wir haben diese Finanzierung verwendet, um in Technologieentwicklung, Technologieübergang und Personalentwicklung zu investieren.

Um es klar zu sagen, America Makes ist keine Regierungsorganisation oder -agentur. Wir werden von einer gemeinnützigen Organisation namens National Center for Defense Manufacturing and Machining (NCDMM) betrieben. Es ist die Organisation, die das Programm leitet und verwaltet, nämlich America Makes.

America Makes hat vor kurzem eine Vereinbarung mit dem US Air Force Research Laboratory bekannt gegeben. Welche Bedeutung hat diese Vereinbarung?

Die Hauptbedeutung ist, dass wir uns als vertrauenswürdiger Partner der US-Regierung etabliert haben. Diese neue Vereinbarung ist eine Bestätigung für den Erfolg, den wir in den letzten sieben Jahren hatten, und gibt uns die Möglichkeit, auch in den nächsten sieben Jahren in diesem Bereich zu arbeiten.

Obwohl mit der Vereinbarung eine große Summe verbunden war, bedeutet dies nicht, dass wir mit 322 Millionen US-Dollar finanziert wurden. Es bedeutet einfach, dass wir einen Vertrag haben, der uns die Möglichkeit gibt, auf staatlich finanzierte Projekte zu bieten.

Das Geld steht uns zur Verfügung, um gegen staatliche Aufträge zu bieten, so dass der Prozess der Geld an unsere Organisation und letztendlich an die Programmpartner zu bekommen, relativ einfach.

Dann gibt es das Element, das wir als Kostenbeteiligung bezeichnen, was allgemein als Sachleistung bezeichnet wird und auch eine Komponente dieser 322 Millionen US-Dollar ist.

Außerdem haben wir in den ersten sieben Jahren über 200 Millionen US-Dollar an Forschung und Entwicklung im AM-Bereich durchgeführt.

Könnten Sie etwas genauer auf einige der Initiativen eingehen, an denen America Makes im Laufe der Jahre beteiligt war?

Ja, sicherlich.

Wie bereits erwähnt, ist die Hauptfunktion des Instituts die Technologieentwicklung. Es könnte als die Kernforschung und -entwicklung angesehen werden, die durch das Institutskonsortium durchgeführt wird. Und das ist in erster Linie angewandte Forschung. Es bedeutet, Technologie zu beweisen und sie bis zur Kommerzialisierung oder näher voranzubringen.

Ein Großteil unserer Arbeit im Laufe der Jahre konzentrierte sich auf diese Kernaktivität.

Auf diese Weise stellen wir sicher, dass wir mit unserer Technologieentwicklungs-Roadmap auf dem richtigen Weg bleiben. Die Roadmap haben wir innerhalb eines Jahres nach der Gründung des Instituts erstellt und sie diente uns in den letzten sechs bis sieben Jahren als Leitlinie. Es ist in fünf Bereiche unterteilt:Design, Materialien, Prozesse, Wertschöpfungskette und dann etwas, das wir AM-Genom nennen.

Abgesehen davon identifizieren wir technologische Lücken, die innerhalb der Community bestehen, und versuchen dann, die Community um Aufgaben herum zu katalysieren, um Fortschritte zu erzielen.

Die letzte Komponente, auf die wir uns als Hauptfunktion des Instituts konzentrieren, ist die Bildung und Personalentwicklung.

In unserem Raum möchten wir sicherstellen, dass die Community verfügbar ist, um die neu entwickelten Technologien zu nutzen, sei es ein Designer, eine Materialfirma, ein Techniker auf dem Boden usw. Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Berufsklassifikationen, die allmählich Realität werden.

Wir versuchen, uns auf die Entwicklung von branchenweit anerkannten Qualifikationen zu konzentrieren. Genau wie wir es in unserer technologischen Forschung und Entwicklung tun, arbeiten wir mit Bildungsanbietern zusammen, um sicherzustellen, dass wir die Arbeitskräfte durch das K12-Bildungssystem, durch die Sekundarschulbildung oder durch die Ausbildung von etablierten Arbeitern weiterbilden kennen die Technik nicht.

Wir suchen nach Möglichkeiten, wie wir ihre vorhandenen Fähigkeiten nutzen können, um sie auszubilden, damit sie für die Branche nützlich sein können, während wir immer mehr Positionen in der Raum.

Wir haben uns also auf diese drei Elemente konzentriert, sowohl für die Bildung als auch für die Technologieentwicklung. Wir haben unsere Aktivitäten auf unsere Roadmap ausgerichtet und verstehen uns als Organisator, Koordinator und Katalysator.

Die Koordinationskomponente unserer Arbeit ist direkt mit der Arbeit verbunden, die wir in unserem mitgliedergesteuerten Roadmapping-Prozess geleistet haben. Heute hat America Makes rund 225 Mitglieder, bestehend aus Regierungsorganisationen, akademischen Organisationen und der Industrie, sowohl kleinen als auch großen Unternehmen.

Wir messen ständig den Puls dieser Community, um zu verstehen, wo die Technologie heute steht und was der gewünschte zukünftige Zustand ist, und binden all dies mit einem anwendungsorientierten Fokus.

Es bedeutet, Technologie für den Endverbraucher zu entwickeln, anstatt für Spaß oder Laborexperimente. Das ist der Kern unserer Arbeit am Institut und wird auch in den nächsten sieben Jahren unsere Mission sein.

Wir haben unzählige Workshops mit unseren Mitgliedern und mit der Regierung durchgeführt, um sicherzustellen, dass wir ihre Bedürfnisse verstehen.

Letztendlich hoffen wir, mit Organisationen zusammenzuarbeiten, um Finanzierungen oder Investitionen in die Technologie zu organisieren, sei es durch interne Forschungs- und Entwicklungsprogramme und innerhalb des Unternehmens oder durch staatliche Investitionen in die Technologie.

Wir möchten sicherstellen, dass wir als Land strategisch in die Technologie investieren, wo die größten Lücken bestehen, und dass wir sie so schnell wie möglich voranbringen und keine doppelten Anstrengungen unternehmen .

Wie ist Ihrer Meinung nach der aktuelle Stand der Standardisierung im AM und wie weit sind wir von einem umfassenden Satz branchenweiter Standards entfernt?

Standardisierung ist eine weitere sehr wichtige Aktivität, an der wir gearbeitet haben. In den letzten drei Jahren waren wir eine organisierende Funktion, die wieder dieser Rolle eines Einberufers und Koordinators diente – die Gemeinschaft zusammenführte und dann den Bedarf koordinierte.

Ein großer Teil dessen, was anfangs dazu geführt hat, war, dass der Mangel an Standards zu erheblichen Problemen führte. Als sich die Technologie deutlich verändert hat, vom Prototypenbau hin zur Entwicklung und Produktion von Endverbraucherkomponenten, wurde klar, dass dies nur mit Standards möglich ist.

Wenn ein Käufer eine Komponente für ein Flugzeug, ein Auto, eine Lokomotive oder was auch immer beschaffen möchte, braucht die Beschaffungsgemeinschaft etwas, gegen das sie sich beschaffen können. Und wir kennen uns alle sehr gut damit aus.

Wenn Sie jedoch an die konventionelle Fertigung denken, gibt es für AM-Komponenten nicht dieselben Standards, gegen die Sie in vielen Fällen kaufen würden. Das ist also wirklich ein großer Teil dessen, was dies antreibt. Und wir sehen hier Fortschritte.

Die Additive Manufacturing Standardization Collaborative (AMSC)-Roadmap, die das Arbeitsprodukt von America Makes und America National Standards Institute ist, existiert derzeit als die sogenannte Version 2.0. Es ist als dynamische Roadmap im Internet verfügbar, wo Sie die identifizierten Lücken einsehen können.

Eine der wichtigsten Verbesserungen im letzten Jahr war die Möglichkeit, die Roadmap dynamisch zu aktualisieren. Wenn eine Organisation, sei es ISO, ASME, ASTM oder SAE, eine Aufgabe gegen diese spezifische Lücke übernommen hat, leitet sie diese Informationen an unsere Organisation und ANSI weiter und leitet alle Aktualisierungen weiter, die sie vornehmen . Wenn also ASTM oder ISO ein Update zu einem bestimmten Standard vornimmt, wird es gekennzeichnet und der Community bekannt gegeben.

Das ist etwas, das weltweit verfügbar ist, es gibt keine Einschränkungen beim Zugriff auf die Website oder deren Nutzung. Wir haben es in den letzten Jahren gefördert. Wir haben es in den letzten zwei Jahren auf der Formnext beworben und erklärt, wie die US-Standardlandschaft aussieht. Es begann als eine Aufgabe, zu versuchen, alle zusammenzubringen. Es gab viele Aktivitäten und viele Parallelaktivitäten in der Normenentwicklung.

Wir alle werden von der Industrie angetrieben. Wir konnten den Normungsorganisationen mitteilen, dass dies nicht angemessen ist und uns nicht schnell genug ans Ziel bringen wird. Durch viele Gespräche konnten wir die Leute davon überzeugen, dass dies eine gute Idee ist. In den letzten Jahren haben wir daran mit Hunderten von Menschen gearbeitet, die zusammengekommen sind, um Beiträge zu dieser Normengruppe zu leisten.

Die Normenlandschaft hat sich in den letzten Jahren dramatisch verbessert. Als wir damit anfingen, als wir die Community zusammenbrachten, gab es wirklich nicht viel in Bezug auf Standards. Und was wir durch die Roadmap getan haben, war, dass wir 80 bis 92 Lücken identifiziert haben, je nachdem, welche Roadmap Sie betrachten. Und dann begann auch das Normungsgremium, daran zu arbeiten.

Die Realität bei der Entwicklung von Standards besteht darin, dass konsensorientierte Standards, die die überwiegende Mehrheit von ihnen sind, einige Zeit in Anspruch nehmen, um geschrieben zu werden und dann letztendlich überprüft und eingeführt werden.

Wir haben eine Reihe von Normenentwürfen entwickelt, von denen viele derzeit in Arbeit sind. Einige davon befinden sich in der Peer-Review-Phase, in der die Leute damit beginnen können, sie zu verwenden und Feedback zu ihnen zu geben.

Letztendlich werden diese in den nächsten ein bis zwei Jahren in die bundesstaatlichen Standards eingeführt. Das Tempo, mit dem die Gemeinschaft sie insgesamt entwickelt, ist vielleicht nicht ideal. Aber bis jetzt ist das der Prozess, und so muss er funktionieren, um konsensorientierte Standards zu erhalten.

Wir erhalten immer mehr Anfragen, mit Mitgliedern zusammenzuarbeiten, um Richtlinien für die Akquisition zu entwickeln. Wir schreiben sie nicht, aber wir tragen dazu bei, das Bewusstsein dafür zu schärfen, was jemand, der ein Akquisitionsprofi ist, geschult werden muss. 

Sobald wir in der Lage sind, eine Komponente tatsächlich zu produzieren und bewiesen haben, dass sie akzeptabel ist, gibt es immer noch Hürden, die Technologie so weit zu bringen, dass wir sie in einer Vielzahl von Branchen breit einsetzen. Aus diesem Grund sind Standards so wichtig, und wir sehen, dass in diesem Bereich bedeutende Schritte unternommen werden.

Was sind Ihrer Meinung nach die drei größten Herausforderungen bei der Beschleunigung der Einführung der Technologie?

Zum einen handelt es sich um branchenweit anerkannte Materialdesigndaten – Daten, die ein Konstrukteur verwenden kann und darauf vertrauen kann, dass er eine Komponente innerhalb dieser festgelegten oberen und unteren Designgrenzen bauen kann. Das gibt es für viele Materialien nicht in einem leicht verfügbaren Format.

Deshalb müssen wir unseren Zugang zu Materialdatensätzen erweitern. Es gibt viele, die es gibt, aber nicht annähernd genug. Und in vielen Fällen hat eine Organisation diese möglicherweise erstellt und verwendet sie intern, aber das bietet keinen breiten Zugang zur Community im Allgemeinen.

Die zweitgrößte Herausforderung ist die Qualifizierung und Zertifizierung. Wie qualifizieren wir eine Komponente? Wie zertifizieren wir einen Prozess? In diesem Bereich gibt es viele Aktivitäten, insbesondere innerhalb der F&E-Community. Aber es gibt noch einiges zu tun.

Viele der Regulierungsbehörden sind an diesen Diskussionen und an dieser Arbeit beteiligt, aber es ist immer noch eine große Hürde, Komponenten so zu qualifizieren, dass sie für Endanwendungen verwendet werden können.

Es gibt bewährte Fälle, aber im Moment sind sie sehr spezifisch für das Bauteil und werden nicht über Komponentenfamilien hinweg durchgeführt und nicht auf eine Weise durchgeführt, die eine zweckdienliche und kostengünstige Herstellung von Bauteilen ermöglicht .

Die dritte Herausforderung ist das, was wir als Design für die additive Fertigung bezeichnen. Was ich damit meine, ist, die Technologie wirklich zu nutzen, um die Gestaltungsfreiheit, die sie bietet, voll auszuschöpfen.

Vieles, was wir produzieren konnten, konzentrierte sich darauf, ein Bauteil zu ersetzen, das zuvor für die konventionelle Fertigung ausgelegt war.

Was wir wirklich vorantreiben müssen, ist die Schulung der Menschen im Umgang mit der Technologie, z. Wo und wann sollten wir organische Designs verwenden, wann sollten wir interne Geometrien verwenden und dergleichen. Daher ist ein echtes Verständnis des Designs für die additive Fertigung erforderlich, abgesehen von einer Handvoll Leute, die heute wirklich gut darin sind.

Und auf der anderen Seite, welche Entwicklungen in der Branche finden Sie spannend?

Die schnelle Weiterentwicklung von Organisationen und neue Unternehmen, die mit Technologien auf den Markt kommen. In den letzten Jahren hat es nicht an neuen Fertigungsverfahren gemangelt, die vor einigen Jahren noch gar nicht in Betracht gezogen wurden. Das war also sehr aufregend, nur die Zunahme von Unternehmen, die sich einmischen, einige von ihnen kommen aus dem Nichts, und einige von ihnen sind konventionelle Hersteller, die sich jetzt in AM einbringen.

Es ist gut mit beidem Diese Gruppen kommen an den Tisch:Einer sind bewährte Hersteller, die verstehen, wie man ein industrielles System baut. Andere sind neu und eifrig und bringen überraschende neue Technologien auf den Markt.

Ein weiterer spannender Teil davon ist Software. AM macht sich wirklich den Vorteil zunutze, dass ein Teil rein aus einer digitalen Datei generiert werden kann. Mit der Möglichkeit, auf eine Vielzahl von Softwareplattformen zu wechseln und Modellierungen und Simulationen durchzuführen, entfernen wir uns von der Notwendigkeit, so viele empirische Daten und Tests zu benötigen. Stattdessen ist es wirklich interessant, Vertrauen in die Modelle zu haben, die wir generieren.

Es wird letztendlich die Kosten für die Entwicklung von AM-Komponenten erheblich senken. Wir müssen nur genügend Daten generieren, auf die die Leute vertrauen können, damit wir sie wirklich nutzen können.

Wie sehen Sie die Entwicklung der Branche in den nächsten 5 Jahren?

Ich sehe überhaupt keine Verlangsamung. Wir werden weiterhin immer mehr Technologie sehen und die Grenzen dessen überschreiten, was wir derzeit akzeptieren möchten.

Eine weitere Sache, die wir insbesondere in den letzten zwei Jahren beobachten können, ist eine starke Verlagerung in Richtung Produktion, d. h. die Verwendung der Technologie ausschließlich für Endverbraucherartikel.

Wir beginnen, Design für Additiv effektiver einzuführen. Der Business Case ist in einigen Fällen für AM besser geeignet als für konventionelle, insbesondere wenn wir an die Teilkonsolidierung denken.

Mit AM entwickeln wir neue Geometrien, die wir noch nie zuvor hatten. Ich sehe, dass sich das in den nächsten Jahren nur noch steigern wird. Und ich hoffe, dass der Materialdatenbereich in den nächsten Jahren einige Durchbrüche erleben wird. Wenn wir also über fünf Jahre nachdenken, müssen wir dieses Problem lösen, wir müssen an den Punkt kommen, an dem wir Daten generieren, die geteilt und breit verwendet werden können.

Sobald wir in der Lage sind, dies effektiv zu tun und breite Datensätze zu verwenden und diese Daten so zu koordinieren, dass wir genügend Daten erhalten, um mit unserer Modellierung und CAM immer bessere Entscheidungen zu treffen, desto effektiver neue Legierungsentwicklung wird sein.

Die meisten der Materialien, die wir verwenden, insbesondere für Metall-AM, sind Legierungen, die existierten, bevor wir über AM-Komponenten nachdachten, was bedeutet, dass einige dieser Legierungen nicht unbedingt ideal für Additiv sind Prozesse.

Wenn wir uns vorstellen, wie Legierungen der nächsten Generation aussehen werden, wird dies immer interessanter, da es letztendlich zu besseren Anwendungsfällen und einer besseren Nutzung der Technologie führen wird.

Ich denke also, dass sich diese beiden Dinge in den nächsten fünf Jahren erheblich weiterentwickeln werden:Der Zugang zu Daten wird zuerst sein und dann wird die Generierung neuer Legierungen mit Modellierung dieser Daten die Hinterkante sein davon in 5 Jahren.

Um zurück zu America Makes zu kommen, was hält 2020 für die Organisation bereit?

2020 ist spannend, da wir uns auf die nächsten sieben Jahre freuen. Wir bereiten uns darauf vor, die kritischsten Bereiche zu identifizieren, die von unseren Mitgliedern betrachtet werden sollten.

Materialdaten stehen dabei im Vordergrund. Wir werden dabei helfen, die Community zu den zu erledigenden Aufgaben zusammenzurufen und dann die Aktivitäten zu koordinieren.

Darüber hinaus betrachtet der andere spannende Bereich, auf den man sich konzentrieren wird, wirklich andere zusätzliche Industrien. Ich will nicht behaupten, dass wir bis jetzt irgendjemanden ignoriert haben. Aber die Realität ist, dass die Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungs-Community, die Business-Case-Seite davon und diejenigen, die in der Lage sind, ein Risiko einzugehen, bis heute gut auf diese Community ausgerichtet sind.

Wir beginnen zu sehen, dass AM für die Automobil-Community viel interessanter wird, da immer mehr Produktionskapazitäten herauskommen. Ich denke, das wird im nächsten Jahr eine aufregende Gelegenheit sein.

Wir sind gerade dabei, einige Roadmapping-Aktivitäten mit der Automobil-Community zu koordinieren, und wir werden einige umsetzbare Aktivitäten von der Lieferkettenseite aus sehen. Da immer mehr Technologie verfügbar wird, müssen wir sicherstellen, dass wir die Lieferanten haben, um davon zu profitieren.

Wir haben derzeit einige Programme, die diese Aufgabe übernehmen und versuchen zu verstehen, wo unsere Lieferanten heute stehen und was wir von unseren Lieferanten erwarten müssen.
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Irgendwelche letzten Gedanken?

Die Bildungs- und Personalseite der Dinge ist sehr wichtig, insbesondere wenn der Markt wirklich mit der prognostizierten Geschwindigkeit wächst. Uns ist bewusst, dass wir derzeit nicht über die Mitarbeiter verfügen, um die von uns gemachten Entwicklungen wirklich zu nutzen.

Wir müssen also an den Punkt kommen, an dem wir die Community trainieren. Wir haben derzeit einige aktive Programme, um dies zu tun. Wir sehen unsere Rolle nicht als Entwickler dieser Lehrpläne, sondern bringen die Community aus Regierung, Industrie und akademischen Bereichen zusammen, um zu prüfen, an welchen Anforderungen der Lehrplan auf verschiedenen Ebenen, d oder Beschreibungen, die wir definieren möchten.

Und dann lassen Sie den freien Markt übernehmen, und die Leute werden Programme entwickeln, die auf diesen Anforderungen basieren. Was wir jedoch unterstützen möchten, ist sicherzustellen, dass sie für einige branchenweit anerkannte Anforderungen entwickelt werden.

Letztendlich wollen wir eine ausgebildete Belegschaft, die von Organisation zu Organisation wechseln kann, z.B. Wenn sie aus dem Militärdienst ausscheiden, können sie aufgrund ihrer Ausbildung von einem OEM abgeholt werden, so wie wir hoffen, dass jede Funktion diese branchenweit anerkannten Qualifikationen hat. In diesem Bereich gibt es viel zu tun, und wir bemühen uns sehr darum.

Um mehr über America Makes zu erfahren, besuchen Sie:https://www. americamakes.us/