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

In der „3D Printing Trend Report 2022“-Umfrage von Hubs unter Ingenieuren und 3D-Druck-Communities nannten 44 % der Teilnehmer neue Materialien und Verbundwerkstoffe als die wichtigste Entwicklung des Jahres. Doch im Bereich Metall-AM gibt es nur 16 freigegebene AMS-Spezifikationen für Metallpulver. Da der Einfluss der additiven Fertigung in breitere industrielle Kreise vordringt und mehr Unternehmen die Vorteile in Betracht ziehen, wird es unerlässlich sein, ihnen das Wissen und die Werkzeuge zu geben, um weitere Innovationen voranzutreiben.

Wir sprachen mit John Barnes, CEO von The Barnes Global Advisors und Metal Powder Works, darüber, wie seine beiden Unternehmen integralen Wandel in diesem Bereich vorantreiben.

Beginnen wir mit Metal Powder Works. Könnten Sie uns mehr über den „DirectPowder Process“ von MPW erzählen – schloss seine Erfindung eine Lücke im Metall-AM-Markt?

Ich denke, unser „DirectPowder Process“ bündelt in vielerlei Hinsicht unsere 20 Jahre Fertigungserfahrung und wendet sie auf die Pulverherstellung an.

Pulverherstellung basiert auf Atomisierung, einer jahrhundertealten Technologie. Aber die Konsistenz des Pulvers ist extrem variabel – als wir es nutzten, um Teile für Airbus zu qualifizieren, mussten wir immer die Druckereinstellungen ändern, um die Chargen-zu-Chargen-Schwankungen auszugleichen.

Unser „DirectPowder Process“ für die Pulverherstellung ist unglaublich konsistent – in einer Studie lieferten wir zwei Chargen Pulver, 12 Monate auseinander, von zwei verschiedenen Maschinen, und die durchschnittliche Partikelgröße unterschied sich nur um 3 Mikrometer. Wenn man die Variabilität des Rohstoffs so reduziert, reduziert man inhärent die Variabilität überall sonst. Tut man es nicht, ist es wirklich schwer, das anderswo im Prozess auszugleichen.

Metal Powder Works sieht das. Sie sagen uns, welche Pulvergröße Sie wollen, und wir produzieren nur diese – ein sehr effizienter Prozess. Wenn Sie ein 20- bis 63-Mikrometer-Pulver wollen, werden 95 % oder mehr unseres Outputs genau diese Größe haben, was bedeutet, dass wir im Prozess kaum Verluste haben. Deshalb sind wir sehr erschwinglich, was bei traditioneller Pulverherstellung oft nicht der Fall ist.

[Bildnachweis: Metal Powder Works]

„Verwenden Sie keine Atomisierung“ ist nicht unsere Botschaft. Wir sagen, Atomisierung funktioniert, wenn Sie Skaleneffekte haben – Edelstahl, Inconel 718, viele nutzen diese. Aber wenn Sie mehr Materialien für AM verfügbar machen wollen, wird der Atomisierungsprozess wirtschaftlich wahrscheinlich keine Lösung bieten. Deshalb gibt es heute nur etwa ein Dutzend Materialien als Pulver.

Es gibt über 100 verschiedene Aluminiumlegierungen allein. Schaut man sich ein modernes Flugzeug an, nutzt es ein Dutzend verschiedene Aluminiumlegierungen, mehrere Titanlegierungen, wahrscheinlich ein Dutzend Stahlsorten – die Materialien sind für ihren Zweck optimiert. Additive Fertigung muss in ein ähnliches Regime übergehen.

Welche Bedeutung hat Materialentwicklung 2023?

Über die Jahrzehnte haben wir Phasen durchlaufen, in denen der Designer als „unwichtig“ galt und der Fokus ganz auf Fertigung lag. Dann wurde plötzlich das Design wichtig – die Fertigung hatte aufgeholt, was wir designen konnten, und wir mussten den Designaspekt wieder vorantreiben. Heute sehen wir, dass die Fertigung Schwierigkeiten hat, Schritt zu halten. Doch mit diesen neuen fortschrittlichen Fertigungstechnologien wie AM erhält der Designer ein neues Werkzeugset.

Wir ermöglichen dem Designer, zurückzugehen und neu zu überdenken, zum Beispiel wie das Innere eines Autos aussehen sollte – und parallel dazu geht die Materialentwicklung. Diese sind entscheidend, um ihnen zu ermöglichen, diese neuen Designs zu realisieren.

Die Automobilindustrie hat ein Jahrzehnt oder mehr Materialsubstitution durchlaufen. Sie nahm Stahl und ersetzte ihn durch Aluminium, dann Aluminium durch Kunststoff, bis nichts mehr zu ersetzen war, und wandte sich wieder dem Redesign zu. Mit fortschrittlichen Technologien und additiver Fertigung kann man Designs entwickeln, die leichte Teile liefern und dennoch die gleiche Leistung, wenn nicht bessere, erzielen.

Die Zukunft dreht sich alles um Teams. Schaut man sich irgendeine der fortschrittlichen Fertigungstechnologien an – KI, Automatisierung, Robotik, 3D-Druck – sie alle erfordern ein Team, weil keine einzelne Disziplin es allein schaffen kann.

Additive Fertigung ist ein Mannschaftssport. Man hat einen Designer, einen Struktur-Spezialisten, einen Materialexperten. In der Druckerbox passiert viel. Man schafft gleichzeitig Form und Material. Man hat Feedstock, Prozessgase, Laser – allerlei läuft ab. Das geht nicht ohne Team.

Mir gefällt die Idee, dass 3D-Druck ein Objektiv ist, durch das wir verschiedene Aspekte der Produktion immer neu überdenken können.

Ich glaube, das ist es. 3D-Druck ist keine einzelne Sache, es ist eine Familie von Dingen. Es ist fast eine Art zu denken.

Je nach gewünschtem Endergebnis wählt man den Drucker, der einen dorthin bringt. Wenn man Hautzellen drucken will, gibt es eine Antwort. Wenn man ein Haus mit Beton drucken will, gibt es eine Antwort. Wenn man ein Kunststoffteil will, gibt es auch dafür eine Antwort.

Aber sie alle basieren auf derselben Prämisse: diesem „Schicht für Schicht“-Aufbau. Und das ist schwierig, weil wir seit Anbeginn der Menschheit Dinge aus Fels und Holz herausgeschnitzt haben. Jetzt ist es an der Zeit, das Inverse zu denken – das dauert lange.

Kommen wir zu einem ganz anderen Geschäftsbereich, in den Sie involviert sind – können Sie etwas über The Barnes Global Advisors und den Wert sprechen, den es Unternehmen bietet?

Wir begannen damit, Menschen zu helfen, additive Fertigung zu verdauen. Unser großartiges Ingenieurteam hat viel Erfahrung in hochintensiven Märkten – Luftfahrt, Verteidigung, Medizin, Schwertransport. Wir ziehen auf unsere Erfahrungen mit Dingen, die beim ersten Versuch nicht klappten, zurück, um sie für andere zu straffen.

Viele Leute sind sehr verwirrt über Anforderungen und Qualifizierung bei additiver Fertigung – für uns ist der Prozess immer genau derselbe. Ob Sie über eine Lokomotive oder ein Flugzeug sprechen, der Prozess ist derselbe, auch wenn die Intensität und die Tests, die Sie durchlaufen, unterschiedlich sein mögen. Anforderungen zu verstehen bedeutet festzulegen, wie Erfolg aussehen wird – wir helfen Unternehmen, rückwärts davon auszugehen.

[Bildnachweis: The Barnes Global Advisors]

Wir geben denselben Rat an alle – von Druckerherstellern bis zu Materialfirmen. Wenn Sie wissen, was der Kunde braucht, geht es darum, zu bestimmen, welches Problem Sie lösen, welchen Wert es hat, und dann rückwärts zu ermitteln, wie wir das ermöglichen.

Auf dem Weg haben wir Workforce- und Skills-Development-Trainings eingeführt, zuerst mit unserem „Designing for AM“-Kurs, der lehrt, was AM ist, wo es eingesetzt wird, Vor- und Nachteile und die verschiedenen Prozesse. TBGA ist einzigartig, weil das Team Erfahrung mit allen AM-Prozessfamilien hat – wir können über Pulverbett, gerichtete Energie, Materialextrusion usw. auf Arbeitsniveau sprechen. Wichtig: Wir tun das mit einem unabhängigen Blick – wir sind an keine andere Firma gebunden, wir schauen wie Ingenieure.

In den letzten paar Jahren haben wir eine Gruppe integriert, die wir „Media“ nennen, fokussiert darauf, all das technologische Wissen zu übersetzen und die Botschaft an den Markt zu senden. Fertigung ist ein sehr interessanter (und lauter) Marktplatz – anders als bei kommerziellen oder Konsumgütern.

Wir fanden, dass durch den Workforce-Teil, den Media-Teil und das Consulting Harmonie in unserer Arbeitsweise herrscht. Es erlaubt uns, von einem Strategieprojekt bis hin zur Markteinführung von Produkten zu flexen. Zunehmend haben wir durch all diese Lieferkettenunterbrechungen gesehen, dass wir der US-Regierung und anderen helfen können zu verstehen, wie sie sich anpassen können und ob additive Fertigung eine Lösung sein könnte.

Wenn man eine hochautomatisierte Technologie wie additive Fertigung hat – kann sie helfen, menschliche Probleme wie diese zu lösen? Das ist die Frage, die wir jetzt untersuchen, vielleicht Lösungen aus AM, Automatisierung und möglicherweise Robotik zu kombinieren, um eine Lösung zu schaffen, die für die Endanforderung funktioniert.

Am Ende des Tages: Wenn Kunden ihre Teile nicht bekommen, brauchen wir eine bessere Lösung. Das ist ein globales Problem. So fragmentiert wir als Gesellschaft scheinen – wir leiden alle unter denselben Dingen.

Ihre Arbeit bei Metal Powder Works und The Barnes Global Advisors ist ziemlich unterschiedlich. Wenn Sie eine Gemeinsamkeit ziehen könnten, was beide Unternehmen zur AM-Sphäre beitragen – was wäre das?

Das eine, was ich gelernt habe: Es ist sehr schwierig, seinen eigenen Rat zu befolgen. Wenn ich meinen Metal-Powder-Works-Hut aufhabe, bin ich weitgehend der Kunde, mit dem TBGA normalerweise arbeitet. Also denke ich manchmal: „Oh, ich muss meinen eigenen Rat befolgen und strukturell diese Dinge tun.“

Ein weiteres ist die Wichtigkeit von Balance. Eines an TBGA, worüber ich sehr glücklich bin, ist, dass wir eine ziemlich gender-diverse Gruppe haben. Ich glaube, wir generieren bessere Antworten für unsere Kunden, weil wir unterschiedliche Denkprozesse haben. Ich hoffe, das ist ein Indikator für die Zukunft.

Wir sind uns bewusst, dass wir in der Branche involviert sein müssen, Teil ihres Gewebes. Menschen zu ermutigen, Fertigung als Karriere zu betrachten, ist auch etwas, das wir fördern müssen. Ob als technischer Mensch oder im Marketing.

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

Ich denke, generell ist der Trend Industrialisierung – das bringt die Notwendigkeit mit sich, Probleme wie den digitalen Workflow zu lösen, der heute sehr fragmentiert sein kann. Wir realisieren, dass es wichtig ist, unsere Prozesse ganzheitlich zu betrachten – additive Fertigung ist nicht nur das Drucken einer Form.

Wenn man wieder an Materialien denkt: Sie werden durch Industrialisierung auch wichtiger, was nicht nur technische, sondern auch geschäftliche Probleme mit sich bringt – wenn das gedruckte Teil mehr kostet, muss es auch mehr leisten. Das ist die Wertvorschlags-Seite.

Unser Wissensbestand wächst. An einem Punkt sahen wir, dass perfekt kugelförmige Partikel im Hall-Flow super wichtig sind. Wir wissen jetzt, dass Hall-Flow nur ein Stellvertreter ist, weil wir keinen besseren Standard haben. Sobald man das anerkennt, kann man zurückdrängen und in Betracht ziehen, dass „perfekt kugelförmig“ vielleicht nicht richtig ist – vielleicht brauchen wir weniger kugelförmig, oder anerkennen, dass „kugelförmig“ ein Kontinuum ist, nicht binär. Es ist die alte Bewegung: Wenn es wenig Energie braucht, in Position zu kommen, braucht es wenig Energie, wieder herauszukommen. Es gibt ein Optimum, und wir wollen es dort halten.

Deshalb ist der Industrialisierungsaspekt so wichtig – er beinhaltet das Lösen verschiedener relevanter Probleme. Ob Produktivitäts- und Kostenfragen oder breitere globale Themen – es gibt viele Probleme unterschiedlicher Art zu lösen.

Ich würde gerne denken, dass irgendwann der Verbrauch von weniger Energie und die Produktion von weniger CO₂ eine Metrik wird, die mehr Leute nutzen, wobei Kosten trotzdem wichtig bleiben. Anstatt doppelt so viel zu kosten, um weniger CO₂ zu produzieren – warum kann es nicht auf beiden Fronten neutral sein? Ein Prozess, der genauso viel kostet wie ein Legacy-Prozess, aber viel weniger CO₂ emittiert, ist sicherlich die richtige Antwort.

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Mehr über The Barnes Global Advisors: https://www.barnesglobaladvisors.com/

Mehr über Metal Powder Works: https://www.metalpowderworks.com/

Mehr über AMFG: https://amfg.ai/