Metal Powder Works CEO、John Barnes への専門家インタビュー:積層造形における材料イノベーションの推進

2022 年、Hubs が「3D プリンティング トレンド レポート 2022」でエンジニアリングおよび 3D プリンティング コミュニティを対象に行った調査では、参加者の 44% がその年の最大の開発として新素材と複合材料を挙げています。しかし、金属 AM の分野では、金属粉末に関するリリース AMS 仕様は 16 件しか残っていない。積層造形の影響がより広範な産業界に浸透し、積層造形がもたらすメリットを検討する企業が増えるにつれ、さらなるイノベーションを推進するための知識とツールを企業に提供することが不可欠となります。

‍

私たちは、The Barnes Global Advisors と Metal Powder Works の CEO である John Barnes に話を聞き、彼の 2 つの事業がこの分野でどのように統合的な変化を推進しているのかについて話し合いました。

‍

まずはメタルパウダーワークスから始めましょう。 MPW の「DirectPowder Process」についてもう少し詳しく教えていただけますか。金属AM 市場にその発明によって埋まるようなギャップはあったのでしょうかか？

‍

当社の「DirectPowder Process」は、20 年間の製造経験を蓄積し、それを粉末製造に応用していると多くの点で考えられます。

‍

粉末の製造は、何世紀にもわたる古い技術である噴霧化に基づいています。しかし、粉末の粘稠度は非常にばらつきがあり、エアバス向けの部品の認定を試みる際に粉末を使用したときは、バッチごとの変動を受け入れるために常にプリンターの設定を変更する必要がありました。

‍

当社の粉末製造のための「DirectPowder プロセス」は信じられないほど一貫しています。ある研究では、2 つの異なる機械から 12 か月の間隔で 2 バッチの粉末を供給しましたが、平均粒子サイズの違いはわずか 3 ミクロンでした。この方法で原料の変動を低減すると、本質的に他のすべての変動も低減し始めます。そうしないと、プロセスの他の場所でそれを打ち出すのが非常に困難になります。

‍

Metal Powder Works はそう考えています。ご希望の粉末サイズをお知らせいただければ、それのみを製造します。これは非常に効率の高いプロセスです。たとえば、20 ～ 63 ミクロンの粉末が必要な場合、当社が製造するものの 95% 以上がそのサイズの粉末になるため、プロセスでの損失はほとんどありません。そのため、従来の粉末製造では通常は当てはまらない非常に手頃な価格で製造できます。

‍

[画像提供:Metal Powder Works]

‍

「噴霧を使用しないでください」というのは私たちのメッセージではありません。私たちが言いたいのは、噴霧はスケールメリットがある場合に機能するということです - ステンレス鋼、インコネル 718、多くの人がこれらを使用しています。しかし、より多くの材料を AM に利用できるようにしたい場合、噴霧プロセスは経済的にはおそらく解決策にはなりません。そのため、現在粉末として入手できる材料は 12 種類程度しかありません。

‍

アルミニウム合金だけでも100種類以上あります。現代の航空機を見ると、12 種類の異なるアルミニウム合金、数種類のチタン合金、おそらく 12 種類の鋼鉄が使用されており、その材料は必要な用途に合わせて最適化されています。積層造形も同様の体制で移行する必要があります。

‍

2023 年に材料開発はどのような重要性を持っていますか?

‍

何十年にもわたって、私たちはデザイナーが「重要ではない」と考えられ、製造にすべてが焦点を当てていた段階を経験してきました。その後、突然、デザインが重要になりました。製造が私たちがデザインできる範囲に追いついたので、デザインの角度を再び押し上げる必要がありました。現在、製造業はそれを維持するのに苦労しているのが目に見えています。しかし、AM のような新しい高度な製造技術により、設計者には新しいツール セットが与えられます。

‍

私たちはデザイナーが、たとえば自動車の内部がどのように見えるべきかを遡って再考できるようにしており、この開発に伴い素材も検討していきます。これらは、新しいデザインを思いつくための鍵となります。

‍

たとえば、自動車業界では 10 年以上にわたって材料の代替が行われてきました。彼らはスチールをアルミニウムに置き換え、次にアルミニウムをプラスチックに置き換えるまで、交換するものがなくなると、再び設計をやり直しました。高度なテクノロジーと積層造形により、軽量部品を実現しながら、同等、あるいはそれ以上のパフォーマンスを実現する設計を考案できます。

‍

未来はチームがすべてです。 AI、オートメーション、ロボティクス、3D プリンティングなどの高度な製造テクノロジーに目を向けると、どれもチームが必要です。なぜなら、1 つの専門分野だけでは実現できないからです。

‍

積層造形はチーム スポーツです。デザイナー、構造担当者、材料担当者がいます。プリンターのボックス内ではさまざまなことが起こっています。形状と素材を同時に作成します。供給原料が入ってきたり、工業用ガスやレーザーが入ってきたり、あらゆる種類のことが起こっています。それはチームなしでは起こりません。

‍

3D プリントは、制作のさまざまな側面を再考し続けるためのレンズであるという考えが気に入っています。

それだと思います。 3D プリントは 1 つのものではなく、さまざまなものの集合体です。それはほぼ方法です。

目指す最終効果に応じて、それを実現するプリンターを選択します。皮膚細胞をプリントする場合、答えはあります。家をコンクリートで印刷したい場合、それに対する答えがあります。プラスチック パーツを作りたい場合は、それに対する答えもあります。

‍

しかし、それらはすべて同じ前提、つまり「レイヤーごと」の構造に基づいて構築されています。人類の誕生以来、私たちは岩や木から物を彫ってきたので、それは困難です。さて、今度はその逆のことを考えてみましょう。それには長い時間がかかります。

‍

現在、あなたが携わっているまったく異なる種類のビジネスに移りましたが、The Barnes Global Advisors とそれが企業に提供する価値について少し話してもらえますか?

私たちは人々が積層造形を理解できるよう支援することから始めました。当社の優れたエンジニア チームは、航空宇宙、防衛、医療、重量輸送など、高度に集約された市場で豊富な経験を持っています。初めて試したときにうまくいかなかった経験を活用して、他の人のために効率化できるようにします。

‍

多くの人が積層造形の要件と資格について非常に混乱していますが、私たちにとって、プロセスは常にまったく同じです。機関車の場合でも航空機の場合でも、受ける強度やテストのレベルが異なる場合でも、プロセスは同じです。要件を理解するには、成功とはどのようなものかを確立する必要があります。私たちは、企業がそこから逆算して取り組むことを支援します。

‍

私たちは印刷会社から素材会社まで、あらゆる企業に同じアドバイスをしています。顧客が何を必要としているのかがわかっている場合は、どのような問題を解決しているのか、そこにどのような価値があるのかを判断し、そこから逆算してそれをどのように実現できるかを考え出すことが重要です。

‍

その過程で、私たちは従業員とスキル開発のトレーニングを導入しました。まず最初に「AM 向けの設計」コースを導入し、添加剤とは何か、どこで使用されるか、長所と短所、およびさまざまなプロセスを人々に教えました。 TBGA は、チームが AM プロセスのすべてのファミリーを使用した経験があるという点でユニークです。粉末、直接エネルギー、材料の押出について、すべて作業レベルで話すことができます。重要なのは、私たちは独立した視点でこれを行っているということです。私たちは他の企業に縛られていません。つまり、エンジニアと同じように物事を見ているということです。

‍

ここ数年、私たちは「メディア」と呼ぶグループを統合し、あらゆる技術知識を翻訳し、そのメッセージを市場に発信することに重点を置きました。製造業は非常に興味深い (そして騒がしい) 市場であり、商用製品や消費者向け製品に焦点を当てている市場とは異なります。

‍

私たちは、労働力の部分、メディアの部分、そしてコンサルティングを通じて、私たちの働き方に調和があることに気づきました。これにより、戦略プロジェクトから市場への製品導入に至るまで、柔軟に対応することができます。私たちは、こうしたサプライチェーンの混乱をすべて乗り越えて、米国政府やその他の政府がどのように調整できるかを理解し、積層造形が解決策になるかどうかを検討できるよう支援できることをますます実感しています。

‍

積層造形のような高度に自動化されたテクノロジーがあれば、このような人間の問題を解決できるでしょうか?それが私たちが現在検討している問題であり、おそらく積層造形、自動化、そして場合によってはロボット工学のソリューションを組み合わせて、最終要件に適したソリューションを作成することになるでしょう。

‍

結局のところ、顧客が部品を入手できない場合には、より良いソリューションが必要になります。それは世界的な問題です。社会としては分断されているように見えますが、私たちは皆同じことに苦しんでいます。

‍

Metal Powder Works と The Barnes Global Advisors での仕事はまったく異なります。両社が AM 分野に貢献している点に類似点を 1 つ挙げられるとしたら、それは何でしょうか?

私が学んだことの 1 つは、自分のアドバイスを受け入れるのは非常に難しいということです。 Metal Powder Works の帽子をかぶっているとき、私は主に TBGA が普段一緒に仕事をする顧客です。それで時々、私は自分自身にこう思います、「ああ、私自身のアドバイスを取り入れて、 構造的にこれらを実行する必要がある」 もの」。

‍

もう一つはバランスの大切さです。 TBGA について私が本当に嬉しいことの 1 つは、性別がかなり多様なグループがいることです。私たちは異なる思考プロセスを持っているため、お客様にとってより良い答えを生み出すことができると考えています。これが将来を示唆するものであることを願っています。

‍

私たちは業界に関与し、その構造の一部になる必要があることを認識しています。人々が製造業をキャリアとして考えるよう促すことも、私たちが推進する必要があることです。技術者としてでも、マーケティングでも。

‍

あなたが最も興奮している現在の AM トレンドはありますか?

一般的にトレンドは工業化だと思います。これにより、今日では非常に細分化されているデジタル ワークフローのような問題を解決する必要が生じています。私たちは、プロセスを総合的に考えることが重要であることを認識しています。積層造形は形状を印刷するだけではありません。

‍

材料についてもう一度考えてみると、工業化によって材料の重要性も高まっています。これには技術的な問題だけでなく、ビジネスベースの問題も伴います。たとえば、印刷部品のコストが高くなる場合は、より多くのことを行うべきです。これは価値提案の側面です。

‍

私たちの知識体系は増加しています。ある時点で、完全な球形の粒子がホール フローにおいて非常に重要であることがわかりました。これより優れた標準がないため、Hall Flow は実際には単なる代理であることがわかりました。それを認めたら、私たちは押し戻して、おそらく「完全な球形」は正しくない、 おそらく少ない必要があると考えることができます。 球状、または「球状」とはそもそも二値ではなく連続体であることを認識するためです。これは昔からある動きです。所定の位置に着くのにほとんどエネルギーを必要としない場合、その位置から外すのにもほとんどエネルギーを必要としません。最適値があり、それを維持したいと考えています。

‍

それが工業化の部分が非常に重要である理由だと思います。それには関連するさまざまな問題の解決が含まれます。生産性やコストの問題を考慮するか、より広範な地球規模の問題を考慮するかにかかわらず、解決すべき異なる問題がたくさんあります。

‍

私は、ある時点で、エネルギー消費量と CO2 排出量の削減が、依然としてコストが重要であるにもかかわらず、より多くの人が使用する指標になると考えたいと思っています。 CO2 の生成を減らすために 2 倍のコストをかけるのではなく、なぜ両方の面で中立にできないのでしょうか?従来のプロセスと同じコストで、CO2 排出量がはるかに少ないプロセスが、確かに正しい答えです。

‍

–

ザ・バーンズ・グローバル・アドバイザーズの詳細については、こちらをご覧ください:https://www.barnesglobaadvisors.com/

Metal Powder Works の詳細については、こちらをご覧ください:https://www.metalpowderworks.com/

AMFG について詳しくは、https://amfg.ai/

をご覧ください。