Entretien d'expert avec John Barnes, PDG de Metal Powder Works : piloter l'innovation matériaux en fabrication additive

En 2022, l'enquête de Hubs auprès des communautés d'ingénierie et d'impression 3D dans leur « Rapport sur les tendances de l'impression 3D 2022 » a vu 44 % des participants citer les nouveaux matériaux et composites comme le développement principal de l'année. Pourtant, dans la sphère de l'AM métal, il n'existe toujours que 16 spécifications AMS de libération pour la poudre métallique. Alors que l'influence de la fabrication additive imprègne des cercles industriels plus larges et que plus d'entreprises envisagent les avantages qu'elle peut apporter, leur fournir les connaissances et outils pour pousser l'innovation plus loin sera impératif.

Nous nous sommes entretenus avec John Barnes, PDG de The Barnes Global Advisors et Metal Powder Works, pour discuter de la façon dont ses deux entreprises pilotent un changement intégral dans le domaine.

Commençons par Metal Powder Works. Pourriez-vous nous en dire un peu plus sur le « DirectPowder Process » de MPW ; y avait-il un vide dans le marché de l'AM métal que son invention comble ?

Je pense qu'à bien des égards, notre « DirectPowder Process » cumule nos 20 ans d'expérience en fabrication et l'applique à la production de poudre.

La production de poudre est basée sur l'atomisation, qui est une technologie vieille de plusieurs siècles. Mais la constance de la poudre est extrêmement variable — quand nous l'utilisions en essayant de qualifier des pièces pour Airbus, nous devions toujours changer les réglages sur les imprimantes pour accepter la variation de lot en lot.

Notre « DirectPowder Process » pour la production de poudre est incroyablement constant — dans une étude, nous avons fourni 2 lots de poudre, à 12 mois d'intervalle sur deux machines différentes et la taille moyenne des particules n'était que de 3 microns différente. Quand vous réduisez la variabilité de la matière première de cette façon, inhérentement vous commencez à réduire la variabilité de tout le reste. Si vous ne le faites pas, c'est vraiment difficile de l'éliminer ailleurs dans le processus.

Metal Powder Works le voit. Vous nous dites quelle taille de poudre vous voulez, et nous ne faisons que cela — c'est un processus à très haut rendement. Si vous voulez une poudre de 20 à 63 microns, par exemple, 95 % ou plus de ce que nous produisons sera de cette taille de poudre, ce qui signifie que nous avons très peu de pertes dans le processus. C'est pourquoi nous sommes très abordables, ce qui n'est souvent pas vrai de la production de poudre traditionnelle.

Crédit image : Metal Powder Works

« N'utilisez pas l'atomisation » n'est pas notre message. Nous disons que l'atomisation fonctionne quand vous avez des économies d'échelle — acier inoxydable, Inconel 718, beaucoup de gens les utilisent. Mais si vous voulez que plus de matériaux deviennent disponibles pour l'AM, le processus d'atomisation, économiquement, ne fournira probablement pas de solution. C'est pourquoi vous n'avez qu'une douzaine de matériaux disponibles sous forme de poudre aujourd'hui.

Il y a plus de 100 alliages d'aluminium différents rien que ça. Si vous regardez un avion moderne, il utilise une douzaine d'alliages d'aluminium différents, plusieurs alliages de titane, probablement une douzaine d'aciers — les matériaux sont optimisés pour ce qu'ils doivent faire. La fabrication additive doit évoluer dans un régime similaire.

Quelle importance a le développement des matériaux en 2023 ?

Au fil des décennies, nous avons traversé des phases où le concepteur était considéré comme « peu important », et l'accent était tout mis sur la fabrication. Puis, tout d'un coup, la conception est devenue importante — la fabrication avait rattrapé ce que nous pouvions concevoir, et nous devions repousser l'angle de la conception à nouveau. Aujourd'hui, nous voyons que la fabrication a du mal à suivre. Cependant, avec ces nouvelles technologies de fabrication avancées comme l'AM, le concepteur se voit donner un nouvel ensemble d'outils.

Nous permettons au concepteur de revenir en arrière et de repenser, par exemple, à quoi devrait ressembler l'intérieur d'une voiture, et avec ce développement vont les matériaux. Ceux-ci sont essentiels pour leur permettre de proposer ces nouvelles conceptions.

L'industrie automobile a traversé une décennie ou plus de substitution de matériaux, par exemple. Ils ont pris l'acier et l'ont remplacé par de l'aluminium, puis l'aluminium par du plastique, jusqu'à ce qu'ils n'aient plus rien à remplacer, et ils se sont tournés vers la reconception. Avec les technologies avancées et la fabrication additive, vous pouvez proposer des conceptions livrant des pièces légères, tout en atteignant la même performance, sinon meilleure.

L'avenir, c'est tout sur les équipes. Si vous regardez n'importe laquelle des technologies de fabrication avancées — IA, automatisation, robotique, impression 3D — elles nécessitent toutes une équipe, parce qu'aucune discipline ne peut le faire seule.

La fabrication additive est un sport d'équipe. Vous avez un concepteur, vous avez un spécialiste des structures, vous avez un spécialiste des matériaux. Il se passe beaucoup de choses dans la boîte de l'imprimante. Vous créez simultanément une forme et un matériau en même temps. Vous avez de la matière première qui rentre et des gaz industriels et des lasers — il y a toutes sortes de choses qui se passent. Cela n'arrive pas sans équipe.

J'aime l'idée que l'impression 3D est une lentille à travers laquelle nous pouvons continuer de repenser différents aspects de la production.

Je pense que c'est ça. L'impression 3D n'est pas une chose, c'est une famille de choses. C'est presque une façon de penser.

Selon l'effet final que vous visez, vous choisissez l'imprimante qui vous y mène. Si vous allez imprimer des cellules de peau, il y a une réponse. Si vous voulez imprimer une maison en béton, eh bien, il y a une réponse pour ça. Si vous voulez faire une pièce en plastique, il y a une réponse pour ça aussi.

Mais elles sont toutes construites sur la même prémisse, qui est cette construction « couche par couche ». Et c'est difficile parce que nous avons taillé des choses dans la roche et le bois depuis le début de l'humanité. Maintenant, il est temps de penser à l'inverse de cela — cela prend beaucoup de temps.

Passons maintenant à un type d'entreprise assez différent dans lequel vous êtes impliqué, pouvez-vous parler un peu de The Barnes Global Advisors et de la valeur qu'elle apporte aux entreprises ?

Nous avons commencé en aidant les gens à digérer la fabrication additive. Notre formidable équipe d'ingénieurs a beaucoup d'expérience dans des marchés à haute intensité — aérospatiale, défense, médical, transport lourd. Nous nous appuyons sur notre expérience des choses qui ne se sont pas bien passées la première fois qu'on les a essayées, pour les rationaliser pour les autres.

Beaucoup de gens sont très confus sur les exigences et la qualification avec la fabrication additive — pour nous, le processus est toujours exactement le même. Que vous parliez d'une locomotive ou d'un avion, le processus est le même, même si le niveau d'intensité et de tests que vous pourriez subir peut différer. Comprendre les exigences implique d'établcher à quoi ressemblera le succès — nous aidons les entreprises à travailler en arrière à partir de là.

Nous donnons le même conseil à tout le monde, des entreprises d'imprimantes aux entreprises de matériaux. Si vous savez ce dont le client a besoin, il s'agit de déterminer quel problème vous résolvez, quelle est la valeur là-dedans, et ensuite de travailler en arrière et de comprendre comment nous permettons que cela se produise.

En chemin, nous avons introduit le développement de la main-d'œuvre et des compétences, d'abord avec notre cours « Designing for AM », enseignant aux gens ce qu'est l'additif, où il est utilisé, les avantages et inconvénients, et chacun des différents procédés. TBGA est unique en ce que l'équipe a de l'expérience dans l'utilisation de toutes les familles de procédés AM — nous pouvons parler de poudres, d'énergie directe, d'extrusion de matériau, toutes à un niveau opérationnel. Important, nous le faisons avec un regard indépendant — nous ne sommes liés à aucune autre entreprise, ce qui signifie que nous regardons les choses comme le font les ingénieurs.

Au cours des dernières années, nous avons intégré un groupe que nous appelons « Media », axé sur la traduction de toute cette connaissance technologique et l'envoi de ce message vers le marché. La fabrication est un marché très intéressant (et bruyant) — c'est différent de ceux qui se concentrent sur les produits commerciaux ou grand public.

Nous avons découvert qu'à travers la partie main-d'œuvre, la partie média, et puis le conseil, il y a de l'harmonie dans notre façon de travailler. Cela nous permet de passer d'un projet de stratégie jusqu'à l'introduction de produits sur le marché. De plus en plus, nous avons vu à travers toutes ces perturbations de chaîne d'approvisionnement que nous pouvons aider le gouvernement américain et d'autres à comprendre comment ils peuvent s'adapter, et envisager si la fabrication additive pourrait être une solution.

Quand vous avez une technologie hautement automatisée comme la fabrication additive, peut-elle venir aider avec des problèmes humains comme ceux-ci ? C'est la question que nous regardons maintenant, peut-être en combinant des solutions de fabrication additive, d'automatisation, et éventuellement de robotique, pour faire une solution qui fonctionne pour l'exigence finale.

Au bout du compte, si les clients ne peuvent pas obtenir leurs pièces, nous avons besoin d'une meilleure solution. C'est un problème mondial. Aussi fragmentés que nous semblements être en tant que société, nous souffrons tous des mêmes choses.

Votre travail avec Metal Powder Works et The Barnes Global Advisors sont assez différents. Si vous pouviez tracer une similarité entre ce que les deux entreprises apportent à la sphère AM, quelle serait-elle ?

La seule chose que j'ai apprise, c'est qu'il est très difficile de suivre ses propres conseils. Quand j'ai ma casquette Metal Powder Works, je suis largement le client avec qui TBGA travaillerait normalement. Donc parfois je me dis : « oh, j'ai besoin de suivre mes propres conseils et de faire structurellement ces choses ».

Une autre chose est l'importance de l'équilibre. Une chose à propos de TBGA dont je suis vraiment content, c'est que nous avons un groupe assez diversifié en termes de genre. Je pense que nous générons une meilleure réponse pour nos clients parce que nous avons différents processus de pensée. J'espère que cela est indicatif de l'avenir.

Nous sommes conscients que nous devons être impliqués dans l'industrie, en faire partie de sa toile. Essayer d'encourager les gens à penser à la fabrication comme carrière est aussi quelque chose que nous devons promouvoir. Que ce soit comme personne technique, ou que ce soit dans le marketing.

Y a-t-il des tendances AM actuelles qui vous enthousiasment le plus ?

Je pense qu'en général la tendance est l'industrialisation — cela apporte le besoin de résoudre des problèmes comme le flux de travail numérique, qui peut être très fragmenté aujourd'hui. Nous réalisons qu'il est important de penser à nos processus de façon holistique — la fabrication additive n'est pas juste imprimer une forme.

Si vous repensez aux matériaux, ils deviennent aussi plus importants grâce à l'industrialisation, qui vient non seulement avec des problèmes techniques mais aussi des problèmes basés sur le business — si la pièce imprimée va coûter plus cher, par exemple, elle ferait mieux d'en faire plus. C'est le côté proposition de valeur des choses.

Notre corps de connaissances augmente. À un moment, nous avons vu que des particules parfaitement sphériques sont super importantes dans l'écoulement de Hall. Nous savons maintenant que l'écoulement de Hall n'est vraiment qu'un proxy parce que nous n'avons pas de meilleur standard. Une fois que nous reconnaissons cela, nous pouvons repousser et considérer que peut-être « parfaitement sphérique » n'est pas juste — peut-être avons-nous besoin de moins sphérique, ou de reconnaître que « sphérique » est un continuum en premier lieu, pas binaire. C'est ce mouvement séculaire — s'il faut très peu d'énergie pour se mettre en position, il faut très peu d'énergie pour en sortir. Il y a un optimum, et nous voulons le garder là.

Je pense que c'est pourquoi la pièce industrialisation est si importante — elle implique de résoudre divers problèmes pertinents. Que cela prenne en compte les problèmes de productivité et de coûts, ou des problèmes mondiaux plus larges, il y a beaucoup de problèmes d'une fabrication différente à résoudre.

J'aimerais penser qu'à un moment donné, consommer moins d'énergie et produire moins de CO2 deviendra une métrique que plus de gens utiliseront, le coût restant important. Au lieu de coûter deux fois plus pour produire moins de CO2, pourquoi ne pourrait-il pas être neutre sur les deux fronts ? Un processus qui coûte le même montant qu'un processus hérité, mais émet beaucoup moins de CO2, est sûrement la bonne réponse.

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En savoir plus sur The Barnes Global Advisors : https://www.barnesglobaladvisors.com/

En savoir plus sur Metal Powder Works : https://www.metalpowderworks.com/

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