Metal Powder Works 首席执行官 John Barnes 专家专访：推动增材制造材料创新

2022 年，Hubs 在其《2022 年 3D 打印趋势报告》中对工程和 3D 打印社区进行了调查，发现 44% 的参与者将新材料和复合材料视为年度最佳发展。然而，在金属增材制造领域，目前发布的金属粉末 AMS 规范仅剩 16 个。随着增材制造的影响力渗透到更广泛的工业界，越来越多的公司考虑到它可能带来的好处，为他们提供推动进一步创新的知识和工具势在必行。

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我们采访了 Barnes Global Advisors 和 Metal Powder Works 的首席执行官 John Barnes，讨论了他的两家公司如何推动该领域的整体变革。

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让我们从金属粉末工厂开始。您能否告诉我们更多有关 MPW 的“DirectPowder Process”的信息？它的发明是否弥补了金属增材制造市场的空白？

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我认为我们的“DirectPowder Process”在很多方面积累了我们20年的制造经验，并将其应用于粉末生产。

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粉末生产基于雾化，这是一项已有数百年历史的技术。但粉末的稠度变化很大 - 当我们在尝试验证空客零件的资格时使用它时，我们总是必须更改打印机上的设置以接受批次之间的差异。

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我们用于粉末生产的“DirectPowder 工艺”非常一致 - 在一项研究中，我们提供了 2 批粉末，两台不同的机器相隔 12 个月，平均粒径仅相差 3 微米。当你以这种方式减少原料的可变性时，本质上你就开始减少其他一切的可变性。如果你不这样做，就很难在这个过程的其他地方敲定它。

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Metal Powder Works 看到了这一点。您告诉我们您想要什么尺寸的粉末，我们只会生产 - 这是一个非常高效的过程。例如，如果您想要 20 至 63 微米的粉末，我们生产的 95% 或更多的粉末将是这种尺寸的粉末，这意味着我们在此过程中的损失非常小。这就是为什么我们的价格非常实惠，而传统粉末生产通常并非如此。

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[图片来源：金属粉末工厂]

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“不要使用雾化”不是我们的信息。我们说，当你有规模经济时，雾化就会发挥作用——不锈钢、Inconel 718，很多人都在使用这些。但如果您希望有更多材料可用于增材制造，从经济角度来看，雾化过程可能无法提供解决方案。这就是为什么现在只有大约十几种粉末材料。

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仅铝合金就有 100 多种不同的类型。如果你看一下现代飞机，它使用了十几种不同的铝合金、几种钛合金，可能还有十几种钢——这些材料针对它们需要的功能进行了优化。增材制造需要以类似的方式发展。

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2023 年材料开发有何重要性？

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几十年来，我们经历了设计师被认为“不重要”的阶段，焦点全部集中在制造上。然后，突然之间，设计变得很重要——制造已经赶上了我们可以设计的东西，我们需要再次推动设计角度。今天，我们看到制造业正在努力跟上。然而，借助增材制造等新的先进制造技术，设计师获得了一套新的工具。

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例如，我们让设计师能够回过头来重新思考汽车内部的外观，以及材料的发展。这些是使他们能够提出这些新设计的关键。

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例如，汽车行业已经经历了十年或更长时间的材料替代。他们用钢代替铝，然后用塑料代替铝，直到没有可替代的东西，然后他们再次重新设计。借助先进技术和增材制造，您可以设计出轻量化零件，同时也能实现相同的性能，甚至更好。

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未来取决于团队。如果你看看任何先进的制造技术——人工智能、自动化、机器人、3D打印——它们都需要一个团队，因为没有任何一门学科可以做到。

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增材制造是一项团队运动。你有一个设计师，你有一个结构人员，你有一个材料人员。打印机包装盒里有很多东西。您同时创建了形状和材质。你有原料、工业气体和激光进来——各种各样的事情都在发生。如果没有团队，这一切就不会发生。

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我喜欢这样的想法：3D 打印是一个镜头，通过它我们可以不断重新思考生产的不同方面。

我想就是这样。 3D 打印不是一个事物，而是一个事物家族。这几乎是方式 思维。

根据您想要的最终效果，您可以选择能够实现这一目标的打印机。如果您要打印皮肤细胞，这里有一个答案。如果你想用混凝土打印一座房子，那么，有一个答案。如果您想制造塑料零件，也有答案。

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但它们都是建立在同一个前提之上的，即“逐层”构造。这很困难，因为自从人类诞生以来，我们就用岩石和木头雕刻东西。现在，是时候考虑相反的事情了——这需要很长时间。

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现在转向您所参与的一种完全不同的业务，您能谈谈 Barnes Global Advisors 及其为企业提供的价值吗？

我们首先帮助人们理解增材制造。我们优秀的工程师团队在航空、国防、医疗、重型运输等高度密集的市场中拥有丰富的经验。我们借鉴第一次尝试时进展不顺利的事情的经验，以便为其他人简化它。

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许多人对增材制造的要求和资格感到非常困惑 - 对我们来说，过程总是完全相同的。无论您谈论的是机车还是飞机，过程都是相同的，即使您可能经历的强度和测试水平可能不同。了解需求涉及确定成功的样子 - 我们帮助公司从那里开始向后工作。

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从打印机公司到材料公司，我们向所有人提供相同的建议。如果您知道客户的需求，那就需要确定您要解决的问题是什么，有什么价值，然后逆向思考并找出如何实现这一点。

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在此过程中，我们引入了劳动力和技能发展培训，首先是我们的“增材制造设计”课程，教人们什么是添加剂、它的用途、优点和缺点以及每个不同的过程。 TBGA 的独特之处在于，该团队拥有使用所有增材制造工艺系列的经验 - 我们可以在工作水平上讨论粉末、直接能源、材料挤出。重要的是，我们以独立的视角来做到这一点——我们不依赖于任何其他公司，这意味着我们像工程师一样看待事物。

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在过去几年中，我们整合了一个称为“媒体”的团队，专注于翻译所有技术知识并将该信息发送到市场。制造业是一个非常有趣（且嘈杂）的市场 - 它与专注于商业或消费产品的市场不同。

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我们发现，通过劳动力、媒体和咨询，我们的工作方式是和谐的。它使我们能够从战略项目一直到将产品推向市场。我们越来越多地看到所有这些供应链中断，我们可以帮助美国政府和其他机构了解他们如何进行调整，并考虑增材制造是否可能是一个解决方案。

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当您拥有增材制造等高度自动化技术时，它可以帮助解决此类人类问题吗？这就是我们现在正在考虑的问题，也许结合增材制造、自动化和可能的机器人技术的解决方案，来制定适合最终要求的解决方案。

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归根结底，如果客户无法获得零件，我们就需要更好的解决方案。这是一个全球性问题。尽管我们的社会看起来支离破碎，但我们都在遭受同样的事情的痛苦。

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您在 Metal Powder Works 和 Barnes Global Advisors 的工作有很大不同。如果您能找出两家公司对增材制造领域贡献的相似之处，那会是什么？

我学到的一件事是很难接受自己的建议。当我戴上 Metal Powder Works 的帽子时，我基本上就是 TBGA 通常合作的客户。所以偶尔我会对自己说，“哦，我需要听取自己的建议并在结构上做这些 事”。

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另一件事是平衡的重要性。关于 TBGA，我真正感到高兴的一件事是我们有一个性别相当多元化的团队。我认为我们可以为客户提供更好的答案，因为我们有不同的思维过程。我希望这预示着未来。

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我们意识到我们需要参与这个行业，成为其结构的一部分。尝试鼓励人们将制造业视为一种职业也是我们需要提倡的。无论是作为技术人员，还是营销人员。

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目前有哪些增材制造趋势是您最感兴趣的吗？

我认为总体趋势是工业化——这带来了解决数字工作流程等问题的需求，而这些问题如今可能非常分散。我们意识到，从整体上考虑我们的流程非常重要 - 增材制造不仅仅是打印形状。

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如果你再考虑一下材料，由于工业化，它们也变得更加重要，这不仅带来了技术问题，还带来了基于业务的问题——例如，如果打印部件的成本更高，那么它最好做得更多。这是事物的价值主张方面。

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我们的知识体系正在不断增加。在某一时刻，我们看到完美的球形粒子在霍尔流中非常重要。我们现在知道 Hall Flow 实际上只是一个代理，因为我们没有更好的标准。一旦我们承认这一点，我们就可以反驳并认为“完美球形”也许是不正确的 - 也许我们需要更少 球形，或者承认“球形”首先是一个连续体，而不是二元的。这就是古老的运动——如果只需很少的能量就可以进入位置，那么也只需很少的能量就可以使其脱离位置。有一个最佳值，我们希望将其保留在那里。

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我认为这就是为什么工业化如此重要——它涉及解决各种相关问题。无论是考虑到生产力和成本问题，还是更广泛的全球问题，都有许多不同的问题需要解决。

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我认为，在某种程度上，消耗更少的能源和产生更少的二氧化碳将成为更多人使用的衡量标准，而成本仍然很重要。与其花费两倍的成本来减少二氧化碳的排放，为什么不能在这两方面都保持中立呢？与传统工艺成本相同但二氧化碳排放量少得多的工艺无疑是正确的答案。

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