专家访谈：The Barnes Group Advisors 的创始人 John Barnes 关于增材制造的未来

增材制造中对专业技能和专业知识的需求对于该技术的采用至关重要。然而，掌握加法原理绝非易事，因为它涉及陡峭的学习曲线和大量的时间投入。一家希望缓解这一问题的公司是总部位于美国的增材制造咨询公司 The Barnes Group Advisors。

Barnes Group Advisors (TBGA) 于 2017 年在匹兹堡成立，致力于帮助公司制定战略并解决与增材制造工业化相关的问题。为此，该公司不仅提供咨询服务，还提供培训计划。

在本周的专家访谈中，公司创始人兼董事总经理约翰·巴恩斯 (John Barnes) 与我们一起了解为什么劳动力发展是行业发展的关键以及获得最大收益所需的条件的增材制造。

您能告诉我一些有关 The Barnes Group Advisors 和您提供的服务的信息吗？

两年前我们创办了这家公司，因为我们看到了增材制造的变化和增长，我们看到了这项技术越来越工业化。

在TBGA，我们都有工程背景，因此我们一直积极参与不同行业增材制造方法的资格和认证。在大多数情况下，我们促进了该技术的采用。例如，当我在 Arconic 工作时，我们为空客 A350 验证了第一个钛系列生产部件。

我们目前有一个由 13 人组成的团队，其中许多人担任过行政级别的职位，包括我自己——我之前是 Arconic 的副总裁。我们的 ADDvisor® 服务负责人是 Laura Ely，她曾是 GKN Aerospace 的技术主管。

凭借这一专业知识，我们能够将技术要求转化为战略方法。我们填补了向首席执行官或工程副总裁等解释增材制造之间的空白，以便他们致力于与他们的战略相关的事情。

根据客户的行为，我们会查看他们在供应链中的位置，然后我们尝试就他们如何参与增材制造或使用增材制造提供建议。

我们还制定了培训计划。这部分是基于我们必须更多地谈论添加剂的要求。与此同时，我们有一个客户问我们是否可以制定一个培训计划。他们决定开展一项大型增材制造业务，雇用大量工程师。

但工程师不知道如何为流程设计，如果没有这些知识，公司将永远无法满足其要求财务目标。所以我们创建了培训计划。

我们通常采用基于需求的方法。首先，我们与客户讨论对他们产品的要求。

很多时候这些都是成熟的产品，最初设计它们的人已经不在了。因此，我们不是为了销售增材制造，而是为了帮助您制造更好或更实惠的零件。添加剂是一种解决方案。但是你需要从基于需求的方法开始，这会让剩下的事情变得容易一些。

您是如何涉足增材制造的？

我最初为现在的霍尼韦尔飞机发动机公司工作，该公司已与桑迪亚国家实验室和其他九家公司签署了一个项目。

实验室的几位科学家正在休创业假，围绕一种现在称为定向能量沉积技术的技术成立了一家公司，该技术使用粉末作为原料。这家公司今天被称为 Optomec。所以它是成功的，它今天仍然存在。

成为该项目的一部分是一个绝佳的机会，这就是我开始的方式。

然后我转到洛克希德马丁公司，负责我们所谓的 Skunk Works™ 制造探索与开发。那时，我们在各种形式的增材制造中都非常活跃。

对于国防和航空航天，增材有可能回答很多问题。因此，我们正在积极探索聚合物系统、片材层压系统、定向能系统、粉末床系统，并沿着一条深入探索金属粉末的道路前进。

然后我有幸接受了澳大利亚国家科学机构CSIRO的任务。我是他们高性能金属项目的主管。那时，增材制造再次呼唤，因为他们希望——正如许多国家实验室所希望的那样——在增材制造领域占有一席之地。

在澳大利亚，添加剂是一项出色的技术，因为它确实解决了许多制造问题。该国没有大量的制造业产出，而增材制造是实现更小、更高效制造数量的一种方式。

我们成立了Lab 22；这是一个拥有不同类型添加剂技术的创新设施。通过这个实验室，我们为公司设置了一条进入和访问机器并尝试开发他们的产品的路径。

我们对此进行了大量研究。澳大利亚的中小型企业规模很大，他们根本没有像大公司那样的钱，可以在机器上下注并在上面花一百万美元。因此，我们正在为行业提供这项新技术的使用权。

当我 2015 年回到美国时，我去一家名为 RTI International Metals 的公司工作，该公司后来被 Alcoa 收购，然后变成了 Arconic。首席执行官已经认识到钛产量不会以股东希望看到的速度增长。

因此她开始投资下游制造能力，如成型、精密加工，以及德克萨斯州的增材制造工厂。我的技能包括钛粉和增材制造，在这里非常有价值。

所以我接手了先进制造领域的研发工作。正如我所提到的，我们最终赢得了空客的项目，然后我们必须为空客 A350 验证部件。

制造飞机零件是一项艰巨的任务。而且从历史上一直从事原型设计工作的设施过渡到制造环境也非常困难。当您制作一个零件、一种形状、一次时，这是一回事。在制造过程中，您要制造一个零件、一种形状，但要制造 1,000 次，因此需要做更多的文书工作，要获得更多的特殊工艺资格。

您已经谈到了 AM 专门用于航空航天和国防的潜力。您如何看待这些行业中增材制造的现状以及主要挑战是什么？

增材制造是一项颠覆性技术，和 破坏性技术的诅咒是它们不适合温顺的人。你必须做出承诺，否则你将无法从中获得价值。

这里有一个劳动力发展的组成部分。如果您不知道如何为流程进行设计，那么您将永远无法实现您的商业案例。对于大多数接受过从块中去除金属的经典培训的工程师来说，添加剂的设计是违反直觉的。所以你必须扭转局面。

很难让一个规避风险的行业，如航空航天、国防或医疗，并试图让他们采用一些颠覆性的东西。

但是，好消息是他们正在这样做。医疗、航空航天和国防工业都是添加剂的早期采用者。我们继续看到这一进展。

如果我把它降低到另一个层次，那么劳动力元素现在真的很重要。没有足够的工程师、经理和高管真正充分了解技术来工作并制定战略来获得他们需要的东西来摆脱它。

这不是一个新现象。传统技术也是如此。例如，当您必须重组时，您必须对重组做出重大承诺。这对公司自下而上地影响着。添加剂也不例外。

为什么知道如何为增材制造进行设计如此重要？

如果您不知道如何为添加剂进行设计，您将无法从添加剂中获得性价比优势。

人们通常只在涉及成本降低或收益时才倾向于采用新技术。因此，一项新技术必须完成现有技术所做的一切，但必须做得更好、更快、成本更低。如果商业案例没有通过，那么做这个项目就没有意义了。

我们把重量比喻成金钱。在添加剂的世界里，重量等于时间，时间总是等于金钱。因此，您拥有的材料越多，打印所需的时间就越长，因此成本也就越高。

这是一个很难的概念。

在我们的培训中，除了谈论增材制造外，我们还介绍了增材制造中的成本驱动因素，因为工程师需要了解增材部件如何增加成本。

可以或正在采取哪些措施来解决 AM 中的这种技能差距？

好消息是每年都有更多的资源。现在甚至有在线资源。

例如，我公司通过普渡大学为对AM感兴趣的人制作了一个在线证书。既有工程师/经理轨道，也有执行轨道。你不需要知道任何东西，你不需要拥有工程学位来超越课程。它可以在线获得。

MIT 也开设了一个在线课程，我认为我们看到 AM 也类似，它为学生创造了选择。与 Purdue 合作，我们设计课程时着眼于在职专业人士并且没有大量时间的人。

所以有高质量的在线内容，这有助于让没有背景的人增加到中级水平。

今天学习的本质是改变。现在可以通过互联网在非常偏远的地区获得高质量的信息和教育。我喜欢它的一点是，现在访问网络并不偏向于特定的社会经济背景或性别。

我真正喜欢增材制造的一个原因是它让很多年轻人进入制造业，因为他们不认为增材制造是制造业。这很酷。

我们努力培养这一点，因为您对某种情况的大脑越多，情况就会越好。

该行业正在稳步转向终端部件制造。你对此有何看法？我们还需要做什么才能达到这一点？

我认为我们很接近。我们看到的标题越来越少，比如“这个团队制造了有史以来第一个 3D 打印的左手螺丝刀手柄”，而更多的是“这家公司为这辆车或这列火车采用了增材制造”。

这种转变代表了很多艰苦的工作，当您进入规范、工作说明，尤其是必须与之相伴的供应链计划时，谈论起来就不那么有趣了。

此外，现在有很多一级和二级供应商，甚至相对较小的机械加工厂都参与其中。他们来找我们问：“现在是我们参与的时候了吗？我们在哪里？我们应该怎么做？”

我们有一个标准流程，我们称之为“四个镜头”：机器、材料、数字空间，其中包括您的产品和所有数据，最后是人员。

我们将其与 TBGA AM 成熟度模型结合使用。我们尝试平衡产品要求和使用 AM 所需的技能。我们有一个五级矩阵，您可以在其中查看产品需求，然后在沿着这条道路前进时，您需要能够将其与技能和能力相匹配。

在零级，这就是原型世界。您不必拥有大量的工作说明、规范或增材制造方面的大量技能来满足这些产品要求。

然后您进入工具和商店辅助工具，在那里您必须了解更多。但是因为您没有向客户交付零件，所以会更容易一些。

然后您进入零件更换和零件整合。在顶部，您只能使用添加剂制作这部分。随着您的规模扩大，您的能力、理解和培训必须随着加法的增加而增加。否则，这将成为一个非常冒险的提议。

我们看到大多数人在零级和一级变得非常精通。他们现在正在转向这种替代品，他们试图将附加部件换成现有部件。这很困难，因为这些零件是为不同的工艺设计的。如果它不是为添加剂而设计的，就很难为其制定商业案例。

摆脱这一点需要额外的风险，因为现在您正在破坏制造过程中的供应链。这就是我们现在看到很多人的地方。他们试图弄清楚何时可以从二级到三级，这样业务方面的工作会变得更容易。

您对添加剂的任何发展感到兴奋吗？

一般来说，我们看到的是很多科学正在追赶这个世界。我们现在对哪些流程在工作有了更好的了解，而且机器的速度也越来越快。所以这都是非常积极的。

增材制造在各个方面都在不断改进，而且似乎正在开发更多的解决方案来填补一些空白。这都是工业化道路的一部分。一切都随着添加剂而改善，这对我来说是令人兴奋的。

人们正在进入后处理方面，对他们用于其他行业的现有设备进行修改。

软件方面的新设计工具和MES/工作流软件系统也非常受欢迎。

另一个令人兴奋的事情是第二代光聚合技术。我们与相当多的初创公司打交道，每个人都有一个新想法、一个新转折、一个新的思考过程的方式。

您简要提到了 MES 或工作流软件系统。您如何看待 MES 和工作流程软件的重要性以及它如何为 AM 的工业化做出贡献？

任何可以帮助我们管理 AM 流程、风险并改善工作库存的东西都有助于业务方面的工作。

航空航天和医疗有很好的质量和安全记录。他们不愿意为新技术冒险，我认为这就是系统发挥作用的地方。

有了 MES 系统，我也看到了能够更好地保护知识分子的巨大机会财产，以及将不同流程货币化的能力。

我认为现在有了一些新工具，有更好的方法来跟踪 3D 打印文件的去向并确保它们是正确的。使用此类管理软件工具可以更好地解决常见的质量保证问题。

要了解有关 The Barnes Group Advisors 的更多信息，请访问： https://www.thebarnes.group/