Experteninterview mit John Barnes, CEO von Metal Powder Works:Materialinnovation in der additiven Fertigung vorantreiben

Im Jahr 2022 ergab die Hubs-Umfrage unter Ingenieur- und 3D-Druck-Communitys in ihrem „3D-Druck-Trendbericht 2022“, dass 44 % der Teilnehmer neue Materialien und Verbundwerkstoffe als die wichtigste Entwicklung des Jahres nannten. Dennoch gibt es im Bereich der Metall-AM nur noch 16 AMS-Freigabespezifikationen für Metallpulver. Da der Einfluss der additiven Fertigung immer größere Industriekreise durchdringt und immer mehr Unternehmen die Vorteile berücksichtigen, die sie mit sich bringen kann, wird es unerlässlich sein, ihnen das Wissen und die Werkzeuge zur Verfügung zu stellen, um weitere Innovationen voranzutreiben.

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Wir haben uns mit John Barnes, CEO von The Barnes Global Advisors und Metal Powder Works, zusammengesetzt, um zu besprechen, wie seine beiden Unternehmen den ganzheitlichen Wandel in diesem Bereich vorantreiben.

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Beginnen wir mit Metal Powder Works. Könnten Sie uns etwas mehr über den „DirectPowder-Prozess“ von MPW erzählen? Gab es eine Lücke im Metall-AM-Markt, die durch die Erfindung geschlossen wurde?

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Ich denke, unser „DirectPowder-Prozess“ bündelt in vielerlei Hinsicht unsere 20-jährige Fertigungserfahrung und wendet sie auf die Pulverproduktion an.

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Die Pulverherstellung basiert auf der Zerstäubung, einer jahrhundertealten Technologie. Aber die Konsistenz des Pulvers ist sehr unterschiedlich – als wir es verwendeten, während wir versuchten, Teile für Airbus zu qualifizieren, mussten wir immer die Einstellungen an den Druckern ändern, um Abweichungen von Charge zu Charge zu akzeptieren.

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Unser „DirectPowder-Prozess“ für die Pulverproduktion ist unglaublich konsistent – in einer Studie haben wir im Abstand von 12 Monaten zwei Pulverchargen mit zwei verschiedenen Maschinen geliefert, und die durchschnittliche Partikelgröße unterschied sich nur um 3 Mikrometer. Wenn Sie die Variabilität des Ausgangsmaterials auf diese Weise reduzieren, beginnen Sie automatisch, die Variabilität von allem anderen zu verringern. Wenn Sie dies nicht tun, ist es wirklich schwierig, es an anderer Stelle im Prozess zu erreichen.

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Metal Powder Works sieht das. Sie sagen uns, welche Pulvergröße Sie wünschen, und wir stellen nur diese her – es ist ein sehr hocheffizienter Prozess. Wenn Sie beispielsweise ein Pulver mit einer Größe von 20 bis 63 Mikron wünschen, werden 95 % oder mehr unserer Produktion diese Pulvergröße haben, was bedeutet, dass wir bei dem Prozess nur sehr geringe Verluste haben. Deshalb sind wir sehr erschwinglich, was bei der herkömmlichen Pulverproduktion oft nicht der Fall ist.

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[Bildnachweis:Metal Powder Works]

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„Keine Zerstäubung verwenden“ ist nicht unsere Botschaft. Wir sagen, dass die Zerstäubung funktioniert, wenn man Größenvorteile hat – Edelstahl, Inconel 718, viele Leute verwenden diese. Wenn Sie jedoch möchten, dass mehr Materialien für AM verfügbar werden, wird der Zerstäubungsprozess aus wirtschaftlicher Sicht wahrscheinlich keine Lösung bieten. Aus diesem Grund gibt es heute nur etwa ein Dutzend Materialien, die als Pulver erhältlich sind.

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Allein es gibt über 100 verschiedene Aluminiumlegierungen. Wenn Sie sich ein modernes Flugzeug ansehen, werden darin ein Dutzend verschiedene Aluminiumlegierungen, mehrere Titanlegierungen und wahrscheinlich ein Dutzend Stahl verwendet – die Materialien sind für ihre Aufgabe optimiert. Die additive Fertigung muss sich in einem ähnlichen System bewegen.

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Welche Bedeutung hat die Materialentwicklung im Jahr 2023?

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Im Laufe der Jahrzehnte haben wir Phasen erlebt, in denen der Designer als „unwichtig“ galt und der Fokus ausschließlich auf der Fertigung lag. Dann wurde das Design plötzlich wichtig – die Fertigung hatte mit dem, was wir entwerfen konnten, Schritt gehalten und wir mussten den Designaspekt noch einmal erweitern. Heute sehen wir, dass die Fertigung Schwierigkeiten hat, mitzuhalten. Mit diesen neuen fortschrittlichen Fertigungstechnologien wie AM stehen dem Designer jedoch neue Werkzeuge zur Verfügung.

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Wir ermöglichen es dem Designer, noch einmal darüber nachzudenken, wie der Innenraum eines Autos aussehen sollte, und mit dieser Entwicklung gehen auch die Materialien einher. Diese sind der Schlüssel, damit sie diese neuen Designs entwickeln können.

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Die Automobilindustrie hat beispielsweise ein Jahrzehnt oder länger der Materialsubstitution hinter sich. Sie nahmen Stahl und ersetzten ihn durch Aluminium und dann Aluminium durch Kunststoff, bis ihnen die Dinge zum Ersetzen ausgingen und sie sich erneut der Neukonstruktion zuwandten. Mit fortschrittlichen Technologien und additiver Fertigung können Sie Konstruktionen entwickeln, die leichte Teile liefern und dennoch die gleiche, wenn nicht sogar bessere Leistung erzielen.

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Die Zukunft dreht sich alles um Teams. Wenn Sie sich die fortschrittlichen Fertigungstechnologien ansehen – KI, Automatisierung, Robotik, 3D-Druck –, erfordern sie alle ein Team, weil keine einzige Disziplin dies kann.

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Additive Fertigung ist ein Mannschaftssport. Sie haben einen Designer, Sie haben einen Strukturexperten, Sie haben einen Materialexperten. Im Druckerkasten ist einiges los. Sie erstellen gleichzeitig eine Form und ein Material. Es kommen Rohstoffe, Industriegase und Laser herein – da passieren alle möglichen Dinge. Das geht nicht ohne Team.

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Mir gefällt die Idee, dass der 3D-Druck eine Linse ist, durch die wir verschiedene Aspekte der Produktion immer wieder überdenken können.

Ich denke, das ist es. 3D-Druck ist kein Ding, es ist eine Familie von Dingen. Es ist fast ein Weg des Denkens.

Abhängig von dem Endeffekt, den Sie anstreben, wählen Sie den Drucker aus, der Sie dorthin bringt. Wenn Sie Hautzellen drucken möchten, gibt es eine Antwort. Wenn Sie ein Haus mit Beton drucken möchten, gibt es dafür eine Antwort. Wenn Sie ein Kunststoffteil herstellen möchten, gibt es auch dafür eine Antwort.

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Aber sie basieren alle auf derselben Prämisse, nämlich diesem „Schicht-für-Schicht“-Konstrukt. Und das ist schwierig, weil wir seit Anbeginn der Menschheit Dinge aus Stein und Holz geschnitzt haben. Jetzt ist es an der Zeit, über das Gegenteil nachzudenken – das dauert lange.

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Können Sie, wenn wir uns nun einer ganz anderen Art von Geschäft zuwenden, in dem Sie tätig sind, etwas über The Barnes Global Advisors und den Wert sagen, den es für Unternehmen bietet?

Wir begannen damit, Menschen dabei zu helfen, die additive Fertigung zu verstehen. Unser großartiges Team von Ingenieuren verfügt über viel Erfahrung in hochintensiven Märkten – Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Medizin, Schwertransport. Wir nutzen unsere Erfahrung mit Dingen, die beim ersten Versuch nicht gut liefen, damit wir es für andere Menschen optimieren können.

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Viele Menschen sind hinsichtlich der Anforderungen und Qualifikationen bei der additiven Fertigung sehr verwirrt – für uns ist der Prozess immer genau derselbe. Ganz gleich, ob es sich um eine Lokomotive oder ein Flugzeug handelt, der Prozess ist derselbe, auch wenn die Intensität und die Tests, denen Sie sich unterziehen, unterschiedlich sein können. Um die Anforderungen zu verstehen, müssen wir feststellen, wie der Erfolg aussehen wird – wir helfen Unternehmen dabei, von dort aus rückwärts zu arbeiten.

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Wir geben allen den gleichen Rat, von Druckereien bis hin zu Materialunternehmen. Wenn Sie wissen, was der Kunde braucht, müssen Sie feststellen, welches Problem Sie lösen, welchen Wert es hat, und dann rückwärts arbeiten und herausfinden, wie wir dies ermöglichen.

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Parallel dazu haben wir Schulungen zur Personal- und Kompetenzentwicklung eingeführt, zunächst mit unserem Kurs „Designing for AM“, in dem wir den Menschen beibringen, was Zusatzstoffe sind, wo sie verwendet werden, welche Vor- und Nachteile sie haben und welche unterschiedlichen Prozesse es gibt. TBGA ist insofern einzigartig, als das Team Erfahrung mit allen Familien von AM-Prozessen hat – wir können über Pulver, Direktenergie und Materialextrusion sprechen, alles auf Arbeitsebene. Wichtig ist, dass wir dies aus einer unabhängigen Perspektive tun – wir sind an kein anderes Unternehmen gebunden, das heißt, wir betrachten die Dinge wie Ingenieure.

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In den letzten Jahren haben wir eine Gruppe namens „Medien“ gegründet, die sich darauf konzentriert, all dieses technologische Wissen zu übersetzen und diese Botschaft an den Markt zu senden. Die Fertigung ist ein sehr interessanter (und lauter) Markt – er unterscheidet sich von denen, die sich auf kommerzielle oder Verbraucherprodukte konzentrieren.

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Wir haben herausgefunden, dass durch den Mitarbeiterbeitrag, den Medienbeitrag und dann die Beratung eine Harmonie in unserer Arbeitsweise herrscht. Es ermöglicht uns, von einem Strategieprojekt bis hin zur Markteinführung von Produkten flexibel zu sein. Bei all diesen Unterbrechungen in der Lieferkette haben wir zunehmend erkannt, dass wir der US-Regierung und anderen dabei helfen können, zu verstehen, wie sie sich anpassen und überlegen können, ob additive Fertigung eine Lösung sein könnte.

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Kann eine hochautomatisierte Technologie wie die additive Fertigung bei der Bewältigung menschlicher Probleme wie diesen hilfreich sein? Das ist die Frage, mit der wir uns jetzt beschäftigen. Vielleicht kombinieren wir Lösungen aus der additiven Fertigung, der Automatisierung und möglicherweise der Robotik, um eine Lösung zu schaffen, die für die Endanforderung geeignet ist.

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Wenn Kunden ihre Teile letztendlich nicht bekommen können, brauchen wir eine bessere Lösung. Das ist ein globales Problem. So fragmentiert wir als Gesellschaft auch zu sein scheinen, leiden wir alle unter den gleichen Dingen.

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Ihre Arbeit mit Metal Powder Works und The Barnes Global Advisors ist ganz anders. Wenn Sie eine Ähnlichkeit zwischen dem, was die beiden Unternehmen zum AM-Bereich beitragen, feststellen könnten, welche wäre das?

Das Einzige, was ich gelernt habe, ist, dass es sehr schwierig ist, den eigenen Rat zu befolgen. Wenn ich meinen Metal Powder Works-Hut aufhabe, bin ich größtenteils der Kunde, mit dem TBGA normalerweise zusammenarbeiten würde. Gelegentlich denke ich mir:„Oh, ich muss meinen eigenen Rat befolgen und dies strukturell umsetzen Dinge“.

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Eine andere Sache ist die Wichtigkeit des Gleichgewichts. Eine Sache, über die ich bei TBGA wirklich glücklich bin, ist, dass wir eine ziemlich geschlechtsspezifische Gruppe haben. Ich denke, dass wir eine bessere Antwort für unsere Kunden generieren, weil wir unterschiedliche Denkprozesse haben. Ich hoffe, dass dies ein Hinweis auf die Zukunft ist.

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Wir sind uns bewusst, dass wir in die Branche involviert sein müssen, um Teil ihres Gefüges zu sein. Wir müssen auch den Versuch unternehmen, Menschen dazu zu ermutigen, über Fertigungsberufe nachzudenken. Ob als Techniker oder im Marketing.

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Gibt es aktuelle AM-Trends, die Sie am meisten begeistern?

Ich denke, dass der Trend im Allgemeinen zur Industrialisierung geht – das bringt die Notwendigkeit mit sich, Probleme wie den digitalen Workflow zu lösen, der heute sehr fragmentiert sein kann. Wir erkennen, dass es wichtig ist, unsere Prozesse ganzheitlich zu betrachten – bei der additiven Fertigung geht es nicht nur um das Drucken einer Form.

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Wenn man noch einmal über Materialien nachdenkt, werden sie auch aufgrund der Industrialisierung immer wichtiger, was nicht nur technische, sondern auch geschäftliche Probleme mit sich bringt – wenn das gedruckte Teil beispielsweise mehr kosten soll, sollte es besser mehr leisten. Dies ist die Seite des Wertversprechens.

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Unser Wissensschatz wächst. Irgendwann haben wir gesehen, dass perfekt kugelförmige Partikel im Hall Flow überaus wichtig sind. Wir wissen jetzt, dass Hall Flow eigentlich nur ein Stellvertreter ist, weil wir keinen besseren Standard haben. Sobald wir das erkannt haben, können wir zurückdrängen und bedenken, dass „perfekt sphärisch“ vielleicht nicht richtig ist – vielleicht brauchen wir weniger sphärisch, oder anzuerkennen, dass „sphärisch“ in erster Linie ein Kontinuum und nicht binär ist. Es ist diese uralte Bewegung – wenn man sehr wenig Energie braucht, um in die richtige Position zu kommen, braucht man auch sehr wenig Energie, um es wieder aus der Position zu bringen. Es gibt ein Optimum, und dort wollen wir bleiben.

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Ich denke, deshalb ist der Teil der Industrialisierung so wichtig – er beinhaltet die Lösung verschiedener relevanter Probleme. Unabhängig davon, ob dabei Produktivitäts- und Kostenprobleme oder umfassendere globale Probleme berücksichtigt werden, müssen viele Probleme unterschiedlicher Art gelöst werden.

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Ich würde gerne glauben, dass der geringere Energieverbrauch und die Produktion von weniger CO2 irgendwann zu einer Kennzahl werden, die von mehr Menschen genutzt wird, wobei die Kosten immer noch eine wichtige Rolle spielen. Warum kann es nicht an beiden Fronten neutral sein, anstatt doppelt so viel zu kosten, um weniger CO2 zu produzieren? Ein Prozess, der genauso viel kostet wie ein herkömmlicher Prozess, aber deutlich weniger CO2 ausstößt, ist sicherlich die richtige Antwort.

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Erfahren Sie mehr über The Barnes Global Advisors:https://www.barnesglobaladvisors.com/

Erfahren Sie mehr über Metal Powder Works:https://www.metalpowderworks.com/

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