Metal Powder Works의 CEO John Barnes와의 전문가 인터뷰:적층 제조 분야의 재료 혁신 주도

2022년 Hubs가 '3D 프린팅 동향 보고서 2022'에서 엔지니어링 및 3D 프린팅 커뮤니티를 대상으로 실시한 설문조사에 따르면 참가자 중 44%가 올해 최고의 개발로 신소재 및 복합재를 꼽았습니다. 그러나 금속 AM 분야에서는 금속 분말에 대한 AMS 사양 릴리스가 16개만 남아 있습니다. 적층 제조의 영향력이 더 넓은 산업계에 퍼지고 더 많은 기업이 이것이 가져올 수 있는 이점을 고려함에 따라 추가 혁신을 추진할 수 있는 지식과 도구를 제공하는 것이 필수적입니다.

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우리는 The Barnes Global Advisors 및 Metal Powder Works의 CEO인 John Barnes와 함께 그의 두 사업이 어떻게 현장에서 필수적인 변화를 주도하고 있는지 논의했습니다.

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메탈 파우더 웍스(Metal Powder Works)부터 시작해 보겠습니다. MPW의 'DirectPowder 프로세스'에 대해 좀 더 말씀해 주시겠습니까? 금속 AM 시장에서 자신의 발명이 메워지는 공백이 있었나요?

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우리의 'DirectPowder Process'는 20년간의 제조 경험을 축적하여 이를 분말 생산에 적용하는 방식이 여러모로 좋다고 생각합니다.

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분말 생산은 수백 년 된 기술인 원자화를 기반으로 합니다. 하지만 파우더의 농도는 매우 다양합니다. 부품을 Airbus용으로 인증하려고 시도하는 동안 파우더를 사용할 때 배치별 변형을 허용하기 위해 항상 프린터의 설정을 변경해야 했습니다.

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분말 생산을 위한 당사의 'DirectPowder 프로세스'는 놀라울 정도로 일관됩니다. 한 연구에서 우리는 두 대의 기계에서 12개월 간격으로 2개의 분말 배치를 공급했으며 평균 입자 크기는 3미크론에 불과했습니다. 이러한 방식으로 공급원료의 변동성을 줄이면 본질적으로 다른 모든 것의 변동성이 줄어들기 시작합니다. 그렇지 않으면 프로세스의 다른 부분에서 문제를 해결하기가 정말 어렵습니다.

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Metal Powder Works는 그것을 봅니다. 원하는 분말의 크기를 알려주시면 우리는 그것만 만듭니다. 이는 매우 효율적인 공정입니다. 예를 들어, 20~63 마이크론 크기의 분말을 원할 경우 우리가 생산하는 제품의 95% 이상이 해당 크기의 분말이 될 것입니다. 즉, 공정에서 손실이 거의 없다는 의미입니다. 그렇기 때문에 우리는 가격이 매우 저렴하며, 이는 전통적인 분말 생산에서는 흔히 볼 수 없는 일입니다.

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[이미지 출처:Metal Powder Works]

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'원자화를 사용하지 마십시오'는 우리의 메시지가 아닙니다. 우리는 규모의 경제가 있을 때 원자화가 효과가 있다고 말하고 있습니다. 스테인리스 스틸, 인코넬 718 등 많은 사람들이 이것을 사용합니다. 그러나 AM에 더 많은 재료를 사용할 수 있기를 원한다면 경제적으로 원자화 프로세스가 해결책을 제공하지 못할 것입니다. 이것이 오늘날 분말 형태로 사용할 수 있는 재료가 12개 정도밖에 없는 이유입니다.

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알루미늄 합금만 해도 100가지가 넘습니다. 현대 항공기를 보면 수십 가지의 다양한 알루미늄 합금, 여러 가지 티타늄 합금, 아마도 수십 가지의 강철 합금이 사용됩니다. 재료는 필요한 작업에 최적화되어 있습니다. 적층 제조도 비슷한 방식으로 움직여야 합니다.

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2023년에는 소재개발이 얼마나 중요한가요?

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지난 수십 년 동안 우리는 디자이너가 '중요하지 않다'고 간주되어 모든 초점이 제조에만 맞춰지는 단계를 거쳤습니다. 그런데 갑자기 디자인이 중요해졌습니다. 제조가 우리가 디자인할 수 있는 것을 따라잡았기 때문에 우리는 디자인 각도를 다시 한 번 더 밀어붙여야 했습니다. 오늘날 우리는 제조업이 이를 따라잡기 위해 애쓰고 있음을 보고 있습니다. 그러나 AM과 같은 새로운 고급 제조 기술을 통해 설계자에게는 새로운 도구 세트가 제공됩니다.

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예를 들어 우리는 디자이너가 자동차 내부가 어떻게 보여야 하는지 다시 생각해 볼 수 있도록 하고 있으며 이러한 개발과 함께 재료도 함께 사용됩니다. 이는 새로운 디자인을 생각해내는 데 핵심입니다.

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예를 들어, 자동차 산업은 10년 이상의 재료 대체 과정을 거쳤습니다. 그들은 강철을 알루미늄으로 교체한 다음 알루미늄을 플라스틱으로 교체했습니다. 교체할 것이 부족할 때까지 다시 디자인을 변경했습니다. 첨단 기술과 적층 제조를 통해 경량 부품을 제공하면서도 더 나은 것은 아니더라도 동일한 성능을 달성하는 설계를 생각해 낼 수 있습니다.

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미래는 팀에 관한 것입니다. AI, 자동화, 로봇공학, 3D 프린팅 등 첨단 제조 기술을 살펴보면 모두 팀이 필요합니다. 왜냐하면 어느 분야에서도 이를 수행할 수 없기 때문입니다.

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적층 제조는 팀 스포츠입니다. 디자이너가 있고, 구조 담당자가 있고, 재료 담당자가 있습니다. 프린터 상자에는 많은 일이 일어나고 있습니다. 모양과 재료를 동시에 만드는 것입니다. 공급원료가 들어오고 산업용 가스와 레이저 등 온갖 일이 일어나고 있습니다. 팀이 없으면 그런 일은 일어나지 않습니다.

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저는 3D 프린팅이 생산의 다양한 측면을 계속해서 재고할 수 있는 렌즈라는 생각이 마음에 듭니다.

내 생각엔 그게 다인 것 같아. 3D 프린팅은 사물이 아니라 사물의 집합체입니다. 거의 방향입니다 생각하는 중입니다.

목표로 하는 최종 효과에 따라 원하는 결과를 얻을 수 있는 프린터를 선택하세요. 피부 세포를 인쇄하려면 답이 있습니다. 콘크리트로 집을 프린팅하고 싶다면 그에 대한 답이 있습니다. 플라스틱 부품을 만들고 싶다면 그에 대한 답도 있습니다.

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그러나 그것들은 모두 동일한 전제, 즉 '층별' 구조를 바탕으로 구축되었습니다. 그리고 그것은 어려운 일입니다. 왜냐하면 우리는 인류가 시작된 이래로 바위와 나무로 무언가를 조각해 왔기 때문입니다. 이제 그 반대에 대해 생각해 볼 시간입니다. 시간이 오래 걸립니다.

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이제 귀하가 참여하고 있는 전혀 다른 종류의 비즈니스로 이동하여 Barnes Global Advisors와 그것이 비즈니스에 제공하는 가치에 대해 조금 말씀해 주시겠습니까?

우리는 사람들이 적층 제조를 소화하도록 돕는 일부터 시작했습니다. 우리의 훌륭한 엔지니어 팀은 항공우주, 국방, 의료, 대형 운송 등 고도로 집약적인 시장에서 많은 경험을 보유하고 있습니다. 우리는 처음 시도했을 때 잘 안 됐던 경험을 토대로 다른 사람들을 위해 간소화할 수 있습니다.

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많은 사람들이 적층 제조에 대한 요구 사항과 자격에 대해 매우 혼란스러워합니다. 우리에게 프로세스는 항상 동일합니다. 기관차든 항공기든, 강도와 테스트 수준이 다를지라도 프로세스는 동일합니다. 요구 사항을 이해하려면 성공이 어떤 모습일지 설정하는 것이 필요합니다. 우리는 기업이 거기서부터 거꾸로 작업할 수 있도록 돕습니다.

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인쇄회사부터 소재회사까지 누구에게나 똑같은 조언을 드립니다. 고객이 필요로 하는 것이 무엇인지 안다면 해결하려는 문제가 무엇인지, 거기에 어떤 가치가 있는지 파악한 다음 거꾸로 작업하여 이를 실현할 수 있는 방법을 알아내는 것이 중요합니다.

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그 과정에서 우리는 먼저 'AM을 위한 설계' 과정을 통해 인력 및 기술 개발 교육을 도입하여 사람들에게 첨가제가 무엇인지, 어디에 사용되는지, 장단점, 다양한 프로세스를 가르쳤습니다. TBGA는 팀이 AM 프로세스의 모든 제품군을 사용한 경험이 있다는 점에서 독특합니다. 우리는 실무 수준에서 분말, 직접 에너지, 재료 압출에 대해 모두 이야기할 수 있습니다. 중요한 것은 우리가 독립적인 시각으로 이를 수행한다는 것입니다. 우리는 다른 회사에 얽매이지 않습니다. 즉, 엔지니어처럼 사물을 봅니다.

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지난 몇 년 동안 우리는 모든 기술 지식을 번역하고 해당 메시지를 시장에 전달하는 데 초점을 맞춘 '미디어'라는 그룹을 통합했습니다. 제조업은 매우 흥미롭고 시끄러운 시장입니다. 상업용 또는 소비재에 초점을 맞추는 시장과는 다릅니다.

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우리는 인력, 미디어, 그리고 컨설팅을 통해 우리가 일하는 방식에 조화가 있다는 것을 발견했습니다. 이를 통해 우리는 전략 프로젝트부터 제품 출시까지 모든 과정을 유연하게 수행할 수 있습니다. 점점 더 우리는 미국 정부와 다른 사람들이 조정 방법을 이해하고 적층 제조가 해결책이 될 수 있는지 고려하도록 도울 수 있는 모든 공급망 중단을 목격했습니다.

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적층 제조와 같은 고도로 자동화된 기술이 있다면 이러한 인간의 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니까? 이것이 바로 우리가 지금 보고 있는 질문입니다. 어쩌면 적층 제조, 자동화, 로봇 공학의 솔루션을 결합하여 최종 요구 사항에 맞는 솔루션을 만들 수도 있습니다.

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결국 고객이 부품을 구할 수 없는 경우 더 나은 솔루션이 필요합니다. 그것은 세계적인 문제입니다. 우리 사회가 파편화되어 있는 것처럼 보이지만 우리는 모두 같은 일로 고통받고 있습니다.

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Metal Powder Works와 The Barnes Global Advisors와의 작업은 상당히 다릅니다. 두 회사가 AM 영역에 기여하는 것 사이에 한 가지 유사점을 찾아낼 수 있다면 그것은 무엇일까요?

제가 배운 한 가지는 자신의 조언을 받아들이는 것이 매우 어렵다는 것입니다. Metal Powder Works 모자를 쓰고 있을 때 저는 주로 TBGA가 일반적으로 협력하는 고객입니다. 그래서 가끔 '아, 내 조언을 받아들여 구조적으로 이러한 것을 해야겠다'라고 생각합니다. 것들”.

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또 한 가지는 균형의 중요성입니다. 제가 정말 기뻐하는 TBGA의 한 가지 점은 성별이 꽤 다양한 그룹이 있다는 것입니다. 우리는 사고방식이 다르기 때문에 고객에게 더 나은 답변을 제공한다고 생각합니다. 이것이 미래를 나타내는 지표가 되기를 바랍니다.

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우리는 업계에 참여하고 그 일부가 되어야 한다는 것을 알고 있습니다. 사람들이 제조업을 직업으로 생각하도록 장려하는 것도 우리가 장려해야 할 일입니다. 기술적인 사람이든, 마케팅 분야든 말이죠.

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현재 가장 기대되는 AM 트렌드가 있나요?

저는 일반적으로 산업화가 추세라고 생각합니다. 이는 오늘날 매우 단편화될 수 있는 디지털 워크플로와 같은 문제를 해결해야 할 필요성을 가져옵니다. 우리는 프로세스를 전체적으로 생각하는 것이 중요하다는 사실을 깨닫고 있습니다. 적층 가공은 단순히 형태를 프린팅하는 것이 아닙니다.

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재료에 대해 다시 생각해 보면 기술적인 문제뿐만 아니라 비즈니스 기반의 문제도 수반되는 산업화로 인해 재료의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 예를 들어 인쇄된 부품의 비용이 더 많이 든다면 더 많은 작업을 수행하는 것이 좋습니다. 이것이 가치 제안 측면입니다.

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우리의 지식이 늘어나고 있습니다. 어느 시점에서 우리는 홀 흐름에서 완벽한 구형 입자가 매우 중요하다는 것을 알았습니다. 이제 우리는 더 나은 표준이 없기 때문에 Hall Flow가 실제로는 단지 프록시일 뿐이라는 것을 알고 있습니다. 일단 이를 인정하고 나면 '완벽한 구형'이 옳지 않을 수도 있고 더 적은 양이 필요할 수도 있다고 생각해볼 수 있습니다. 구형, 또는 '구형'이 애초에 이진법이 아닌 연속체임을 인정하는 것입니다. 그것은 오래된 움직임입니다. 위치를 잡는 데 에너지가 거의 필요하지 않다면 위치를 벗어나는 데도 에너지가 거의 필요하지 않습니다. 최적의 상태가 있고 우리는 그것을 거기에 유지하고 싶습니다.

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그렇기 때문에 산업화 부분이 매우 중요하다고 생각합니다. 여기에는 다양한 관련 문제를 해결하는 것이 포함됩니다. 생산성과 비용 문제를 고려하든, 더 넓은 글로벌 문제를 고려하든, 해결해야 할 다양한 문제가 많이 있습니다.

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언젠가는 에너지를 덜 소비하고 CO2를 덜 배출하는 것이 더 많은 사람들이 사용하는 척도가 될 것이라고 생각하고 싶습니다. 여전히 비용은 중요합니다. CO2를 덜 생산하기 위해 두 배의 비용이 드는 대신 두 가지 측면 모두에서 중립을 지킬 수는 없는 걸까요? 레거시 프로세스와 비용은 동일하지만 CO2 배출량은 훨씬 적은 프로세스가 확실히 정답입니다.

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Barnes Global Advisors에 대해 자세히 알아보십시오:https://www.barnesglobaladvisors.com/

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AMFG에 대해 자세히 알아보세요:https://amfg.ai/