Entrevista com especialista:John Barnes, fundador do The Barnes Group Advisors, sobre o futuro da fabricação de aditivos

A necessidade de habilidades e conhecimentos especializados dentro da manufatura aditiva é crucial para a adoção da tecnologia. No entanto, dominar os princípios do aditivo não é tarefa fácil, pois envolve uma curva de aprendizado íngreme e um investimento de tempo considerável. Uma empresa que busca aliviar esse problema é The Barnes Group Advisors, uma empresa de consultoria em fabricação de aditivos com sede nos Estados Unidos.

Fundado em 2017 em Pittsburgh, o The Barnes Group Advisors (TBGA) tem como objetivo ajudar as empresas a formular estratégias e resolver problemas associados à industrialização da manufatura aditiva. Para isso, a empresa não só presta assessoria, mas também oferece um programa de treinamento.

Na Entrevista com Especialistas desta semana, estamos acompanhados por John Barnes, o fundador e Diretor Administrativo da empresa, para aprender por que o desenvolvimento da força de trabalho é a chave para o crescimento da indústria e o que é necessário para obter o máximo de manufatura aditiva.

Você poderia me falar um pouco sobre o The Barnes Group Advisors e os serviços que você oferece?

Começamos a empresa há dois anos porque vimos a mudança e o crescimento na fabricação de aditivos e vimos a tecnologia se tornando cada vez mais industrializada.

Na TBGA, todos temos formação em engenharia e, por isso, temos atuado na qualificação e certificação de abordagens de diferentes indústrias para a manufatura aditiva. Na maioria dos casos, facilitamos a adoção da tecnologia. Por exemplo, quando eu estava na Arconic, qualificamos as primeiras peças de produção da série de titânio para o Airbus A350.

Atualmente somos uma equipe de 13 pessoas, muitas das quais ocuparam cargos de nível executivo, incluindo eu - anteriormente, eu era vice-presidente da Arconic. Nossa líder de serviços ADDvisor® é Laura Ely, que foi a ex-chefe de tecnologia da GKN Aerospace.

Com essa experiência, somos capazes de traduzir os requisitos técnicos em uma abordagem estratégica. Preenchemos o nicho entre explicar a manufatura aditiva para um CEO ou um vice-presidente de engenharia, etc. para que eles trabalhem em coisas que são relevantes para sua estratégia.

Com base no que o cliente faz, olhamos para onde ele se encaixa na cadeia de suprimentos e, em seguida, tentamos aconselhar sobre como ele pode participar da manufatura aditiva ou usar a manufatura aditiva.

Também desenvolvemos um programa de treinamento. Isso se baseou em parte em pedidos de que falássemos mais sobre aditivos. Ao mesmo tempo, tivemos um cliente que perguntou se poderíamos montar um programa de treinamento. Eles decidiram lançar um grande negócio de AM, contratando muitos engenheiros.

Mas os engenheiros não sabiam como projetar para o processo e, sem esse conhecimento, a empresa nunca alcançaria seu objetivos financeiros. Então criamos o programa de treinamento.

Geralmente adotamos uma abordagem baseada em requisitos. Primeiro, temos uma discussão com nosso cliente sobre quais são os requisitos para seus produtos.

Muitas vezes estes são produtos maduros, e as pessoas que os projetaram originalmente não estão mais por perto. Portanto, não estamos lá para vender manufatura aditiva, estamos lá para ajudá-lo a fazer uma peça melhor ou mais acessível. E o aditivo é uma solução. Mas você precisa começar com uma abordagem baseada em requisitos, o que torna o resto um pouco mais fácil.

Como você se envolveu na manufatura aditiva?

Trabalhei primeiro para o que agora é Honeywell Aircraft Engines, que havia se inscrito em um projeto com o Sandia National Labs e com outras nove empresas.

Alguns cientistas do laboratório estavam tirando uma licença empresarial para formar uma empresa em torno de uma tecnologia que hoje é conhecida como tecnologia de deposição de energia dirigida, e que usava o pó como matéria-prima. Essa empresa hoje se chama Optomec. Então foi um sucesso e ainda existe hoje.

Fazer parte do projeto foi uma oportunidade fantástica, e foi assim que comecei.

Em seguida, mudei para a Lockheed Martin e executei o que chamamos de Exploração e Desenvolvimento de Manufatura para Skunk Works ™. Naquela época, éramos muito ativos em todas as formas de fabricação de aditivos.

Para defesa e aeroespacial, o aditivo tem o potencial de responder a muitas perguntas. Então, estávamos explorando ativamente sistemas de polímeros, sistemas de laminação de folhas, sistemas de energia direcionada, sistemas de leito de pó, e isso percorreu um caminho explorando pós de metal em profundidade.

Então eu tive a sorte de aceitar uma atribuição com a agência nacional de ciências na Austrália, CSIRO. Fui diretor de seu programa de metais de alto desempenho. Nesse momento, os aditivos voltaram a convocar, pois queriam - como muitos laboratórios nacionais desejam - estar presente na fabricação de aditivos.

Na Austrália, o aditivo é uma tecnologia brilhante porque resolve muitos problemas de fabricação. O país não tem uma produção maciça de manufatura e o aditivo é uma forma de abordar quantidades menores e eficientes de manufatura.

Montamos o Laboratório 22; é uma instalação de inovação com diferentes tipos de tecnologia de aditivos. Com este laboratório, traçamos um caminho para que as empresas entrem e acessem as máquinas e tentem desenvolver seu produto.

Fizemos pesquisas consideráveis ​​sobre isso. O panorama das pequenas e médias empresas na Austrália é grande, e eles simplesmente não têm dinheiro como uma grande empresa para simplesmente apostar em uma máquina e gastar um milhão de dólares nela. Então, estávamos dando à indústria acesso a essa nova tecnologia.

Quando voltei para os Estados Unidos em 2015, fui trabalhar para uma empresa chamada RTI International Metals, que mais tarde foi comprada pela Alcoa, e depois se transformou em Arconic. A CEO reconheceu que a produção de titânio não iria crescer na taxa que os acionistas queriam.

Então ela começou a investir em recursos de manufatura downstream, como conformação, usinagem de precisão e também um fábrica de aditivos no Texas. Meu conjunto de habilidades, que englobava pós de titânio e fabricação de aditivos, era muito valioso aqui.

Portanto, assumi o lado de P&D para o segmento de manufatura avançada. Como mencionei, acabamos ganhando o projeto da Airbus e, então, tivemos que qualificar as peças para o Airbus A350.

É um negócio difícil fabricar peças para aviões. E também é muito difícil fazer a transição de uma instalação, que historicamente está em trabalho de prototipagem, para um ambiente de manufatura. Uma coisa é quando você está fazendo uma peça, uma forma, uma vez. Quando você está fabricando, está fazendo uma peça, uma forma, mas 1.000 vezes, então há muito mais papelada, há muito mais para se qualificar para processos especiais.

Você abordou o potencial da AM especificamente para a indústria aeroespacial e de defesa. Como você vê o estado atual da manufatura aditiva nessas indústrias e quais são os principais desafios?

A manufatura aditiva é uma tecnologia disruptiva e tanto a bênção como e a maldição das tecnologias disruptivas é que elas não são para os mansos. Você tem que se comprometer, caso contrário, não obterá o valor disso.

Há um componente de desenvolvimento da força de trabalho para isso. Se você não sabe como projetar para o processo, nunca fará seu caso de negócios. O projeto para aditivos é contra-intuitivo para a maioria dos engenheiros que são classicamente treinados para remover metal de um bloco. Então você tem que mudar as coisas.

É muito difícil assumir uma indústria avessa ao risco, como a aeroespacial, de defesa ou médica, e tentar fazer com que adotem algo revolucionário.

No entanto, a boa notícia é que eles estão fazendo isso. As indústrias médica, aeroespacial e de defesa foram todas as primeiras a adotar o aditivo. Continuamos vendo esse progresso.

Se eu descer para outro nível, esse elemento da força de trabalho é realmente crítico agora. Não há engenheiros, gerentes e executivos suficientes que realmente entendam a tecnologia bem o suficiente para trabalhar e desenvolver uma estratégia para obter o que precisam dela.

Este não é um fenômeno novo. Também é verdade com as tecnologias tradicionais. Por exemplo, quando você precisa reequipar, você tem que assumir um compromisso significativo com ele. E isso impacta a empresa de baixo para cima. Aditivo não é diferente.

Por que saber projetar para manufatura aditiva é tão importante?

Se você não sabe como projetar para o aditivo, não obterá o benefício de desempenho de custo do aditivo.

As pessoas geralmente só tendem a adotar uma nova tecnologia quando há uma redução de custo ou benefício envolvido. Portanto, uma nova tecnologia tem que fazer tudo o que a tecnologia existente fez, mas deve fazer melhor, mais rápido e mais barato. Se o caso de negócios não passar, não há sentido em fazer o projeto.

Fazemos a analogia de que peso é dinheiro. E no mundo do aditivo, peso é igual a tempo e tempo sempre é igual a dinheiro. Portanto, quanto mais material você tiver, mais tempo demorará para imprimir e, portanto, mais custará.

Este é um conceito difícil.

Você não pode controlar o preço da máquina e você não pode controlar o preço dos materiais. Mas o que você pode o controle é o seu projeto. Seu projeto determina por quanto tempo suas máquinas estarão funcionando, bem como todo o pós-processamento que ocorre depois. E se você não fizer isso direito, você nunca alcançará os objetivos de custo.

Em nosso treinamento, além de falar sobre aditivos, também analisamos os direcionadores de custos na fabricação de aditivos, porque os engenheiros precisam estar cientes de como os custos podem aumentar com uma peça aditiva.

O que pode ser ou está sendo feito para resolver essa lacuna de habilidades no AM?

A boa notícia é que há mais recursos a cada ano. Existem até recursos online agora.

Por exemplo, minha empresa, por meio da Purdue University, elaborou um certificado online para pessoas interessadas em AM. Há tanto uma linha de engenheiro / gerente quanto uma linha de executivo. Você não precisa saber de nada, não precisa ter um diploma de engenharia para superar o curso. E está disponível online.

O MIT também fez um curso online e acho que vemos o AM da mesma forma, ele cria opções para o aluno. Com o Purdue, projetamos o curso pensando nas pessoas que são profissionais que trabalham e não têm muito tempo.

Portanto, há conteúdo online de alta qualidade, o que ajuda a levar as pessoas de nenhuma formação, além de, digamos, um nível intermediário.

A natureza da aprendizagem hoje é mudando. O acesso à informação e educação de alta qualidade em áreas muito remotas agora é possível através da Internet. O que eu gosto nisso é que o acesso ao online agora não é tendencioso para um determinado contexto socioeconômico ou gênero.

Uma das coisas que eu realmente gosto sobre os aditivos é que eles trouxeram muitos jovens para a manufatura porque eles não consideram a manufatura aditiva como sendo manufatura. É muito legal.

Tentamos nutrir isso porque quanto mais cérebro você tiver em uma situação, melhor será.

A indústria está mudando constantemente para a fabricação de peças finais. Quais são seus pensamentos sobre isso? O que mais precisamos fazer para chegar a esse ponto?

Acho que estamos perto. Estamos vendo menos manchetes como "este grupo fez o primeiro cabo de chave de fenda para canhotos impressos em 3D" e um pouco mais de "esta empresa adotou a manufatura aditiva para este carro ou trem".

Esta mudança representa muito trabalho árduo que não é tão divertido de falar quando você entra em especificações, instruções de trabalho e, especialmente, iniciativas da cadeia de suprimentos que precisam ir junto com isso.

Além disso, muitos fornecedores Tier 1 e Tier 2 e até mesmo casas de usinagem relativamente pequenas estão se envolvendo agora. Eles estão vindo até nós perguntando:"Agora é hora de nos envolvermos? Onde estamos? O que devemos fazer? ”

Temos um processo padrão que chamamos de“ Quatro Lentes ”:máquinas, materiais, o espaço digital, que incluiria seu produto e todos os dados, e finalmente pessoas.

Nós combinamos isso com o modelo de maturidade TBGA AM. Tentamos equilibrar os requisitos do produto e as habilidades necessárias para usar o AM. Temos uma matriz de cinco níveis, em que você analisa os requisitos do produto e, em seguida, precisa ser capaz de combiná-los com habilidades e recursos à medida que avança nesse caminho.

No nível zero, é o mundo da prototipagem. Você não precisa ter muitas instruções de trabalho, especificações ou grandes habilidades em manufatura aditiva para atender a esses requisitos de produto.

Então você vai para ferramentas e auxiliares de loja, e aí você tem que saber um pouco mais. Mas, como você não está entregando uma peça a um cliente, é um pouco mais fácil.

E então você entra na substituição e consolidação de peças. No topo, você só pode fazer essa parte com aditivo. Conforme você sobe nessa escala, sua capacidade, compreensão e treinamento precisam aumentar com o aditivo. Caso contrário, torna-se uma proposta muito arriscada.

Vemos a maioria das pessoas se tornarem muito proficientes no nível zero e no nível um. Eles agora estão se movendo para esta substituição, onde estão tentando trocar uma parte aditiva pela existente. E isso é difícil porque as peças são projetadas para processos diferentes. Se não for projetado para aditivos, é muito difícil fazer um caso de negócios para ele.

Sair disso requer risco adicional, porque agora você está interrompendo sua cadeia de suprimentos em seu processo de fabricação. E é onde vemos que muitas pessoas estão agora. Eles estão tentando descobrir quando podem passar do nível dois para o nível três, onde o lado comercial fica mais fácil.

Há algum desenvolvimento em aditivo que o entusiasme?

Geralmente, o que vemos é que muita ciência agora está alcançando este mundo. Agora temos uma compreensão melhor de quais processos funcionam e as máquinas estão ficando muito mais rápidas. Então, isso é muito positivo.

Como engenheiro de materiais, vejo o enorme potencial de materiais neste espaço, tanto em polímeros quanto em metais. O potencial é grande porque agora você não está obrigado a ter grandes quantidades de material para fabricar algo. Acho que as pessoas que mais se beneficiarão com isso são os engenheiros de design e de materiais - acho que é hora de brilhar.

A manufatura aditiva está realmente melhorando em todos os aspectos e parece que mais soluções estão sendo desenvolvidas para preencher algumas das lacunas. Tudo isso faz parte do caminho da industrialização. Tudo está melhorando com o aditivo, e isso para mim é emocionante.

As pessoas estão mudando para o lado do pós-processamento, trazendo modificações em equipamentos existentes que já foram usados ​​para outras indústrias.

O lado do software também está entrando fortemente com novas ferramentas de design e sistemas de software MES / workflow.

Outra coisa interessante é a segunda geração de tecnologias de fotopolimerização. Lidamos com uma boa quantidade de startups e todos têm uma nova ideia, uma nova reviravolta, uma nova maneira de pensar sobre o processo.

Você mencionou brevemente o MES ou sistemas de software de fluxo de trabalho. Qual é a sua opinião sobre a importância do MES e do software de workflow e como eles podem contribuir para a industrialização do AM?

Qualquer coisa que possa nos ajudar a gerenciar o processo de AM, o risco e também melhorar o estoque de trabalho ajuda no lado comercial das coisas. Aeroespacial e médica têm registros de qualidade e segurança muito bons. Eles não estão dispostos a colocar isso em risco por uma nova tecnologia, e acho que é aí que os sistemas entram em jogo.

Com os sistemas MES, também vejo grandes oportunidades em ser capaz de proteger melhor o intelectual propriedade, bem como a capacidade de rentabilizar diferentes processos.

Acho que agora, com algumas das novas ferramentas que estão por aí, há maneiras melhores de rastrear para onde vão os arquivos de impressão 3D e ter certeza de que são os corretos. Os problemas comuns de garantia de qualidade melhoram com essas ferramentas de software de gerenciamento.

Para saber mais sobre o The Barnes Group Advisors, visite: https://www.thebarnes.group/