Entrevista de experto con John Barnes, director ejecutivo de Metal Powder Works:Impulsando la innovación de materiales en la fabricación aditiva

En 2022, la encuesta de Hubs a las comunidades de ingeniería e impresión 3D en su "Informe de tendencias de impresión 3D 2022" vio que el 44% de los participantes citaron nuevos materiales y compuestos como el principal desarrollo del año. Sin embargo, en el ámbito de la fabricación aditiva de metales, sólo quedan 16 especificaciones AMS publicadas para polvo metálico. A medida que la influencia de la fabricación aditiva impregne círculos industriales más amplios y más empresas consideren los beneficios que puede aportar, será imperativo proporcionarles el conocimiento y las herramientas para impulsar una mayor innovación.

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Nos sentamos con John Barnes, director ejecutivo de The Barnes Global Advisors y Metal Powder Works, para analizar cómo sus dos negocios están impulsando un cambio integral en el campo.

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Comencemos con Metal Powder Works. ¿Podría contarnos un poco más sobre el 'Proceso DirectPowder' de MPW? ¿Hubo un hueco en el mercado de fabricación aditiva de metales que su invención cierra?

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Creo que en muchos sentidos nuestro "Proceso DirectPowder" acumula nuestros 20 años de experiencia en fabricación y los aplica a la producción de polvo.

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La producción de polvo se basa en la atomización, que es una tecnología centenaria. Pero la consistencia del polvo es tremendamente variable:cuando lo usábamos mientras intentábamos calificar piezas para Airbus, siempre teníamos que cambiar la configuración de las impresoras para aceptar variaciones de lote a lote.

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Nuestro 'Proceso DirectPowder' para la producción de polvo es increíblemente consistente:en un estudio, suministramos 2 lotes de polvo, con 12 meses de diferencia, en dos máquinas diferentes y el tamaño promedio de las partículas era de solo 3 micras de diferencia. Cuando se reduce la variabilidad de la materia prima de esta manera, inherentemente se comienza a reducir la variabilidad de todo lo demás. Si no lo hace, será muy difícil lograrlo en otras partes del proceso.

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Metal Powder Works lo ve. Usted nos dice qué tamaño de polvo desea y solo lo fabricamos; es un proceso de muy alta eficiencia. Si desea un polvo de 20 a 63 micrones, por ejemplo, el 95% o más de lo que producimos será de ese tamaño de polvo, lo que significa que tendremos muy pocas pérdidas en el proceso. Por eso somos muy asequibles, lo que no suele ser el caso en la producción tradicional de polvo.

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[Crédito de la imagen:Trabajos en polvo metálico]

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"No utilices la atomización" no es nuestro mensaje. Estamos diciendo que la atomización funciona cuando se tienen economías de escala:acero inoxidable, Inconel 718, mucha gente los usa. Pero si se desea que haya más materiales disponibles para la fabricación aditiva, el proceso de atomización, económicamente, probablemente no proporcione una solución. Es por eso que actualmente solo hay alrededor de una docena de materiales disponibles en forma de polvo.

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Sólo existen más de 100 aleaciones de aluminio diferentes. Si nos fijamos en un avión moderno, vemos que utiliza una docena de aleaciones de aluminio diferentes, varias aleaciones de titanio y probablemente una docena de acero; los materiales están optimizados para lo que necesitan hacer. La fabricación aditiva debe avanzar en un régimen similar.

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¿Qué importancia tiene el desarrollo de materiales en 2023?

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A lo largo de las décadas, hemos pasado por fases en las que el diseñador era considerado "sin importancia" y la atención se centraba exclusivamente en la fabricación. Entonces, de repente, el diseño se volvió importante:la fabricación se había puesto al día con lo que podíamos diseñar y necesitábamos impulsar el ángulo del diseño nuevamente. Hoy en día, vemos que la industria manufacturera tiene dificultades para mantenerse al día. Sin embargo, con estas nuevas tecnologías de fabricación avanzadas como la AM, el diseñador recibe un nuevo conjunto de herramientas.

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Estamos permitiendo al diseñador volver atrás y repensar, por ejemplo, cómo debería verse el interior de un automóvil, y junto con este desarrollo también están los materiales. Estos son clave para permitirles crear estos nuevos diseños.

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La industria automotriz ha pasado por una década o más de sustitución de materiales, por ejemplo. Tomaron acero y lo reemplazaron con aluminio, y luego aluminio con plástico, hasta que se quedaron sin cosas para reemplazar y volvieron a rediseñar. Con tecnologías avanzadas y fabricación aditiva, puede crear diseños que proporcionen piezas ligeras y, al mismo tiempo, lograr el mismo rendimiento, si no mejor.

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El futuro tiene que ver con los equipos. Si nos fijamos en cualquiera de las tecnologías de fabricación avanzadas (IA, automatización, robótica, impresión 3D), todas requieren un equipo, porque ninguna disciplina puede hacerlo.

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La fabricación aditiva es un deporte de equipo. Tienes un diseñador, tienes una persona de estructuras, tienes una persona de materiales. Están sucediendo muchas cosas en la caja de la impresora. Estás creando simultáneamente una forma y un material al mismo tiempo. Tienes material de alimentación entrante, gases industriales y láseres; están sucediendo todo tipo de cosas. Eso no sucede sin un equipo.

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Me gusta la idea de que la impresión 3D sea una lente a través de la cual podemos seguir repensando diferentes aspectos de la producción.

Creo que eso es todo. La impresión 3D no es una cosa, es una familia de cosas. Es casi una manera de pensar.

Dependiendo del efecto final que busques, eliges la impresora que te llevará allí. Si vas a imprimir células de la piel, hay una respuesta. Si quieres imprimir una casa con concreto, bueno, hay una respuesta para eso. Si quieres fabricar una pieza de plástico, también hay una respuesta para eso.

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Pero todos se basan en la misma premisa, que es esta construcción de "capa por capa". Y eso es difícil porque hemos tallado cosas en roca y madera desde el comienzo de la humanidad. Ahora es el momento de pensar en lo contrario:eso lleva mucho tiempo.

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Pasando ahora a un tipo de negocio bastante diferente en el que está involucrado, ¿puede hablarnos un poco sobre The Barnes Global Advisors y el valor que proporciona a las empresas?

Comenzamos ayudando a las personas a digerir la fabricación aditiva. Nuestro gran equipo de ingenieros tiene mucha experiencia en mercados altamente intensivos:aeroespacial, defensa, médico y transporte pesado. Nos basamos en nuestra experiencia de cosas que no salieron bien la primera vez que lo probamos, para poder simplificarlo para otras personas.

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Mucha gente está muy confundida acerca de los requisitos y la cualificación de la fabricación aditiva; para nosotros, el proceso es siempre exactamente el mismo. Ya sea que se trate de una locomotora o de un avión, el proceso es el mismo, incluso si el nivel de intensidad y las pruebas a las que se puede someter pueden diferir. Comprender los requisitos implica establecer cómo será el éxito:ayudamos a las empresas a trabajar hacia atrás a partir de ahí.

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Damos el mismo consejo a todo el mundo, desde imprentas hasta empresas de materiales. Si sabes lo que el cliente necesita, se trata de determinar qué problema estás resolviendo, cuál es el valor que hay, y luego trabajar hacia atrás y descubrir cómo podemos permitir que eso llegue.

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En el camino, hemos introducido capacitación para el desarrollo de habilidades y fuerza laboral, primero con nuestro curso "Diseño para AM", enseñando a las personas qué es el aditivo, dónde se usa, los pros y los contras, y cada uno de los diferentes procesos. TBGA es único porque el equipo tiene experiencia en el uso de todas las familias de procesos de fabricación aditiva:podemos hablar de polvo, energía directa y extrusión de materiales, todo a nivel de trabajo. Es importante destacar que lo hacemos con una perspectiva independiente:no estamos vinculados a ninguna otra empresa, lo que significa que analizamos las cosas como lo hacen los ingenieros.

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En los últimos años, hemos integrado un grupo que llamamos 'Medios', enfocado en traducir todo ese conocimiento tecnológico y enviar ese mensaje al mercado. La manufactura es un mercado muy interesante (y ruidoso); es diferente de aquellos que se centran en productos comerciales o de consumo.

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Hemos descubierto que a través de la parte de la fuerza laboral, la parte de los medios y luego la consultoría, hay armonía en la forma en que trabajamos. Nos permite flexibilizar desde un proyecto estratégico hasta la introducción de productos en el mercado. Cada vez más, hemos visto a través de todas estas interrupciones en la cadena de suministro que podemos ayudar al gobierno de EE. UU. y a otros a comprender cómo pueden adaptarse y considerar si la fabricación aditiva podría ser una solución.

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Cuando se cuenta con una tecnología altamente automatizada como la fabricación aditiva, ¿puede ayudar con problemas humanos como estos? Esa es la pregunta que estamos analizando ahora, tal vez combinando soluciones de fabricación aditiva, automatización y posiblemente robótica, para crear una solución que funcione para el requisito final.

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Al final del día, si los clientes no pueden obtener sus piezas, necesitamos una solución mejor. Ese es un problema global. Por más fragmentados que parezcamos como sociedad, todos sufrimos las mismas cosas.

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Su trabajo con Metal Powder Works y The Barnes Global Advisors es bastante diferente. Si pudieras establecer una similitud entre lo que las dos empresas aportan al ámbito de la fabricación aditiva, ¿cuál sería?

Lo único que he aprendido es que es muy difícil seguir tus propios consejos. Cuando me pongo el sombrero de Metal Powder Works, soy en gran medida el cliente con el que TBGA normalmente trabajaría. Entonces, de vez en cuando pienso para mis adentros:"oh, necesito seguir mi propio consejo y hacer estructuralmente estos". cosas”.

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Otra cosa es la importancia del equilibrio. Una cosa de TBGA que me alegra mucho es que tenemos un grupo bastante diverso en cuanto a género. Creo que generamos una mejor respuesta para nuestros clientes porque tenemos diferentes procesos de pensamiento. Espero que esto sea indicativo del futuro.

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Somos conscientes de que necesitamos involucrarnos en la industria, ser parte de su tejido. Intentar animar a la gente a pensar en la fabricación como una carrera también es algo que debemos promover. Ya sea como técnico o en marketing.

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¿Hay alguna tendencia actual de AM que le entusiasme más?

Creo que, en general, la tendencia es la industrialización, lo que conlleva la necesidad de resolver problemas como el flujo de trabajo digital, que hoy en día puede estar muy fragmentado. Nos estamos dando cuenta de que es importante pensar en nuestros procesos de manera integral:la fabricación aditiva no se trata solo de imprimir una forma.

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Si pensamos de nuevo en los materiales, también se están volviendo más importantes debido a la industrialización, que no solo trae consigo cuestiones técnicas sino también problemas comerciales:si la pieza impresa va a costar más, por ejemplo, será mejor que haga más. Este es el lado de la propuesta de valor.

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Nuestro cuerpo de conocimientos está aumentando. En un momento, vimos que las partículas perfectamente esféricas son muy importantes en el Hall Flow. Ahora sabemos que Hall Flow es en realidad solo un proxy porque no tenemos un estándar mejor. Una vez que reconozcamos esto, podremos retroceder y considerar que tal vez "perfectamente esférico" no sea correcto; tal vez necesitemos menos esférico, o reconocer que "esférico" es, en primer lugar, un continuo, no binario. Es ese movimiento antiguo:si se necesita muy poca energía para ponerse en posición, se necesita muy poca energía para sacarlo de posición. Hay un óptimo y queremos mantenerlo ahí.

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Creo que por eso el tema de la industrialización es tan importante:implica resolver varios problemas relevantes. Ya sea que esto tenga en cuenta cuestiones de productividad y costos, o cuestiones globales más amplias, hay muchos problemas de diferente índole que resolver.

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Me gustaría pensar que, en algún momento, consumir menos energía y producir menos CO2 se convertirá en una métrica que utilizará más gente, y que el coste seguirá siendo importante. En lugar de costar el doble producir menos CO2, ¿por qué no puede ser neutral en ambos frentes? Un proceso que cueste lo mismo que un proceso heredado, pero que emita mucho menos CO2, es sin duda la respuesta correcta.

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