专家访谈：Metal Powder Works CEO John Barnes 推动增材制造材料创新

2022 年，Hubs 对工程和 3D 打印社区的调查《3D 打印趋势报告 2022》显示，44% 参与者认为新材料和复合材料是年度首要发展。然而在金属增材制造领域，仅有 16 项发布的金属粉末 AMS 规范。随着增材制造影响力渗透更广工业圈、更多公司考虑其潜在收益，为它们提供知识和工具以推动进一步创新将变得至关重要。

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我们与 The Barnes Global Advisors 和 Metal Powder Works CEO John Barnes 对话，探讨其两家业务如何推动该领域的核心变革。

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先从 Metal Powder Works 谈起。能否介绍 MPW 的"DirectPowder Process"（直接粉末工艺）；它的发明填补了金属增材制造市场的什么空白？

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我认为我们的"DirectPowder Process"在很大程度上积累了 20 年制造经验并将其应用于粉末生产。

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粉末生产基于雾化，这是项几百年的技术。但粉末一致性极不稳定——我们在为空客合格零件时使用它，总不得不调整打印机设置以接受批次间差异。

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我们的"DirectPowder Process"粉末生产极其一致——一项研究中，我们供应两批粉末，间隔 12 个月、来自两台不同机器，平均粒径仅相差 3 微米。当你以此降低原料变异性，固有地开始降低其他一切的变异性。如果不这么做，在工艺后续环节很难消除变异。

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Metal Powder Works 看到了这一点。你告诉我们想要什么粒径粉末，我们只生产那个——极高效工艺。例如你要 20-63 微米粉末，我们产出 95% 以上就是该粒径，工艺损耗极低。这也是我们极具成本优势的原因，传统粉末生产鲜有此优势。

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"别用雾化"不是我们的信息。我们是说雾化在规模经济下有效——不锈钢、Inconel 718，许多人用这些。但若想让更多材料可用于增材制造，雾化工艺在经济上恐无法提供解决方案。这也是为什么今天只有十来种材料以粉末形式可用。

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仅铝合金就有 100 多种。看现代飞机，用十几种铝合金、数种钛合金、十几种钢——材料针对所需功能优化。增材制造需进入类似体系。

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材料开发在 2023 年有多重要？

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几十年来，我们经历过设计师被视为"不重要"、全聚焦制造的阶段。然后突然设计变重要——制造追上了设计能力，我们需要再次推动设计。今天，我们看到制造难以跟上。然而，有了增材制造等先进制造技术，设计师获得了新工具箱。

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我们让设计师回头重新思考，例如汽车内部该长什么样，随之而来的是材料开发。这些是让他们实现新设计的关键。

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汽车行业经历了十年多的材料替代。钢换铝，铝换塑料，直到无物可替，转向重新设计。有了先进技术和增材制造，能设计出轻量化零件，却达同等甚至更好性能。

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未来全靠团队。看任何先进制造技术——AI、自动化、机器人、3D 打印——都需要团队，因为单一学科搞不定。

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增材制造是团队运动。有设计师、结构工程师、材料专家。打印机盒子里有很多事同时发生。你同时创造形状和材料。有原料进、工业气体、激光——各种事同时发生。没有团队这不可能。

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我喜欢"3D 打印是让我们不断重新思考生产各层面的透镜"这个观点。

我认为就是这点。3D 打印不是单一事物，是一族事物。几乎是一种思维方式。

视目标终效而定，选能达成的打印机。打印皮肤细胞有答案。用混凝土打房子有答案。打塑料零件也有答案。

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但它们都建立在同一前提上——"层层构建"。这很难，因为人类自远古就从岩石、木材中雕刻减材。现在，要思考其逆过程——那需要漫长时间。

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转到你参与的另一种业务，能否谈谈 The Barnes Global Advisors 及其为企业提供的价值？

我们起步于帮助人们消化增材制造。我们优秀的工程师团队在高强度市场——航空航天、国防、医疗、重型运输——拥有丰富经验。我们汲取初次尝试不顺的经验教训，为他人精简流程。

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许多人对增材制造的要求和合格认证非常困惑——对我们，流程始终完全相同。无论谈机车还是飞机，流程相同，即便强度和测试层级可能不同。理解要求涉及确立成功的样子——我们帮公司从终点倒推。

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我们给所有人同一建议，从打印机公司到材料公司。若知客户所需，关键在于确定解决什么问题、价值何在，然后倒推、弄清如何实现。

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一路走来，我们引入劳动力与技能发展培训，首推"面向增材制造设计"课程，教人们增材是什么、用在哪、优劣势、各工艺流程。TBGA 独特之处在于团队拥有所有增材工艺家族的使用经验——能在工作层面谈粉末床熔融、定向能量沉积、材料挤出等。重要的是，我们以独立视角做这事——不绑定任何其他公司，像工程师一样看问题。

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过去几年，我们整合了一个叫"Media"的团队，专注于转译所有技术知识并将信息传递给市场。制造业是个非常有趣（且嘈杂）的市场——不同于聚焦商业或消费品的市场。

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我们发现，通过劳动力板块、媒体板块、咨询板块，我们的工作方式有和谐性。允许我们从战略项目灵活延伸到产品上市推广。越来越多地，我们通过供应链中断看到，能帮助美国政府等理解如何调整、考虑增材制造是否为解决方案。

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当你拥有增材制造这种高度自动化技术，能否帮助解决这些人类问题？这是我们现在探讨的问题，或许结合增材制造、自动化、机器人方案，造出满足终端需求的解决方案。

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归根结底，如果客户拿不到零件，我们需要更好方案。这是全球性问题。社会看似碎片化，但我们都在遭受同类困境。

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你在 Metal Powder Works 和 The Barnes Global Advisors 的工作截然不同。若能在两者对增材制造领域的贡献中找出一个共同点，会是什么？

我学到一点：很难听从自己的建议。戴上 Metal Powder Works 的帽子时，我正是 TBGA 通常服务的那类客户。所以偶尔我会想："噢，我得听从自己的建议，在结构上做这些事。"

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另一点是平衡的重要性。TBGA 让我欣慰的一点是我们团队性别多元。我认为这让我们为客户生成更好答案，因为有不同思维过程。希望这预示未来。

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我们意识到需要卷入行业、成为其肌理一部分。鼓励人们把制造业视为职业选择，也是我们需要推广的。无论是技术岗还是市场岗。

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有哪些当前增材制造趋势让你最兴奋？

我认为总趋势是工业化——带来解决数字工作流等问题的需求，而数字工作流今天可能非常碎片化。我们意识到整体思考流程很重要——增材制造不仅仅是打印个形状。

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再看材料，因工业化也变得更重要，这不只带来技术问题，还有商业问题——如果打印零件成本更高，它最好能做更多。这是价值主张层面。

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我们的知识体系在增长。曾一度认为完美球形颗粒在霍尔流速测试中超重要。现在我们知道霍尔流速其实只是个替代指标，因为我们没有更好标准。一旦承认这点，我们可以反推：也许"完美球形"不对——也许需要不那么球形，或承认"球形"首先是个连续谱而非二元。这是亘古博弈——若进入位置需极少能量，离开位置也需极少能量。存在最优点，我们要守住它。

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我认为这就是工业化如此重要的原因——它涉及解决各类相关问题。无论涉及生产率和成本，还是更广泛的全球问题，都有许多不同性质的问题待解。

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我希望未来某时，消耗更少能源、排放更少 CO2 能成为更多人使用的指标，成本仍重要。与其花双倍成本减排，为何不能双中性？成本与传统工艺持平、却少排大量 CO2 的工艺，才是正确答案。

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