Experteninterview: Nanci Hardwick, CEO von MELD Manufacturing, über die Ausschöpfung des Potenzials der additiven Metallherstellung

Die MELD Manufacturing Corporation ist Vorreiter einer radikal neuen Technologie, die den 3D-Druck von Metallen ohne Schmelzen ermöglicht. Über das letzte Jahrzehnt befand sich die Technologie im Entwicklungsstadium bei der Technologiefirma Aeroprobe, bevor MELD im Frühjahr 2018 als Tochterfirma ausgegliedert wurde.
 
MELD Manufacturing ist mit der Einführung seiner großen B8-Maschine im April 2018 in den Metall-3D-Druckmarkt eingetreten. Die B8 verwendet ein Festkörper-Herstellungsverfahren, das auf dem Rührreibschweißen basiert und die typischen 3D-Druckverfahren für Pulverbetten herausfordert. Die Verwendung von Reibung und Druck, um Metall zu verbinden, ohne diese zu schmelzen, eröffnet zahlreiche Vorteile, die nur von der MELD-Technologie geboten werden.
 
Diese Woche freuen wir uns, mit MELD Manufacturing CEO, Nanci Hardwick, darüber zu sprechen, was MELD von anderen Metall-AM-Prozessen unterscheidet und welche Rolle die Technologie in der Zukunft der Fertigung spielen wird.
 

Welche Vision steckt hinter MELD Manufacturing?

MELD Manufacturing ist ein kleines Unternehmen unter weiblicher Führung, das im vergangenen Jahr gegründet wurde und in Virginia, USA, ansässig ist.
 
Wir sind seit unserem Start sehr gefragt und haben letztes Jahr viele wunderbare Auszeichnungen erhalten, die wir in 2018 mit einem F & E 100 Award abschließen konnten. Das ist ein internationaler Wettbewerb, der die innovativsten neuen Produkte aller Branchen und Ländern auszeichnet und nur 100 werden ausgewählt.
 
Unsere Mission ist es, die Fertigung zu revolutionieren und das derzeit Unmögliche möglich zu machen, zum Beispiel die Reparatur des Unreparierbaren. Bei MELD ist unsere Anwendung der additiven Fertigung etwas breiter als bei anderen AM-Unternehmen. Es umfasst ein breiteres Anwendungsspektrum und beginnt mit dem Material selbst, setzt sich durch die Fähigkeit fort, Teile additiv herzustellen und bietet dann weiterhin einen höheren Wert, indem es in der Lage ist, das bereits Geschaffene zu reparieren.
 
Wir sind der Ansicht, dass AM-Produkte und -Designs immer noch gewissen Einschränkungen unterliegen, MELD aber bietet die Möglichkeit, mit dem ersten Schritt zu beginnen und ein Produkt zu entwickeln, das wirklich auf optimale Leistung ausgelegt ist.
 

Können Sie erklären, wie die MELD-Technologie funktioniert?

 
Unsere Technologie ist einzigartig. Das grundlegende Merkmal von MELD ist, dass es sich um einen Festkörperprozess handelt. Die meisten Metalladditive oder traditionellen Verfahren erfordern das Schmelzen von Metall. Die Möglichkeit, Metall ohne Schmelzen zu verarbeiten, bietet jedoch einige interessante Vorteile.
 
Die Technologie hinter MELD ist ziemlich einfach, was einer der größten Vorteile ist.
 
Wir haben ein hohles Werkzeug, durch das wir das Material führen. Das Verfahren kann eine Vielzahl von Materialien in verschiedenen Formen aufnehmen, einschließlich Pulver, Flockensplittern oder festen Stäben.
 
Was auch immer das Material, es wird in das rotierende Werkzeug gegeben, wo durch extremen Druck und Reibung nicht nur das Material, das wir hinzufügen, sondern auch das Material, auf dem wir ablegen, plastisch verformt wird.
 
Wenn sich beide dann in einem plastischen Verformungszustand befinden, können wir die beiden buchstäblich miteinander verrühren. Der einfachste Weg, über diese Methodik nachzudenken, ist ein additiver Reibrührprozess.
 
Durch die Rührwirkung werden einzelne Materialkörner aufgebrochen, wodurch eine verfeinerte Kornstruktur entsteht, die verbesserte Festigkeits- und Leistungseigenschaften, einschließlich Korrosions- und Schlagfestigkeit, bietet.
 
Dieser Prozess ermöglicht eine hervorragende Verbindung zwischen dem, was hinzugefügt wird, und dem, zu dem hinzugefügt wird. Auf diese Weise können die Anwender nicht nur ein neues Teil herstellen, sondern auch ein vorhandenes Teil reparieren, beschichten oder neue Eigenschaften hinzufügen.
 
Dieser Prozess ist sehr flexibel, da er unterhalb der Schmelztemperatur der Materialien stattfindet, mit denen wir arbeiten. Auf diese Weise können wir die unterschiedlichsten Materialien verarbeiten, einschließlich nicht schweißbarer Metalle oder Materialien, die für schmelzbasierte Prozesse nicht verfügbar sind.
 
Wir können eine viel breitere Formvielfalt von Materialien wie Pulver, Späne und Vollstab oder Draht verarbeiten. Es gibt keine Spezifikationen oder Anforderungen für die MELD-Maschine hinsichtlich des Materialeinsatzes, was in der Welt der Additive einzigartig ist. Tatsächlich haben einige andere Hersteller von AM-Geräten so enge Toleranzen bei ihren Rohstoffanforderungen, dass sie von ihren Anwendern verlangen, das Material bei ihnen zu kaufen.
 
MELD ist ein Additiv-Herstellungsverfahren mit offener Atmosphäre. Die meisten Metalladditiv-Geräte sind mit Behältern versehen. Diese Behälter werden entweder zum Erzeugen eines Vakuums oder zum Evakuieren des Sauerstoffs und Einbringen eines sauerstofffreien Gases wie Argon verwendet. Wenn Sie bei Prozessen wie MELD kein Metall schmelzen, müssen Sie sich auch nicht wie bei anderen Prozessen um die Sauerstoffaufnahme sorgen. Dies führt zu einem wirtschaftlicheren, sichereren und umweltfreundlicheren Additivverfahren.
 
Darüber hinaus ermöglicht eine offene Atmosphäre einen äußerst skalierbaren Prozess. Wenn Sie bei 3D-Druckern mit geschlossener Atmosphäre ein größeres Teil herstellen möchten, müssen Sie einen größeren Behälter finden, um Ihre Prozesse zu steuern. Aber bei MELD ist das nicht der Fall. Einige der Anwendungen, für die Additiv derzeit in Betracht gezogen wird, sind wirklich große Dinge wie Schiffe, Raumfahrzeuge und Brücken, die speziell repariert werden sollen. MELD ist ein Prozess mit offener Atmosphäre, der Ihnen bei solchen Anwendungen viel Freiheit bietet.
 
Um die Liste der Vorteile fortzusetzen, unsere Technologie ist sehr stromsparend, da keine Laser verwendet werden. Die Materialablagerungsraten sind ziemlich hoch und das fertige Teil erfordert wenig Nachbearbeitung, da das abzuscheidende Material bereits vollständig dicht ist. Es bedeutet, dass Sie keine zweiten Schritte benötigen, um zu einem endgültigen Teil zu gelangen, wie z. B. heißes isostatisches Pressen (HIP) oder Sintern.
 

Wie vergleicht sich die Technologie mit anderen Metall-AM-Methoden?

Sie bietet Gelegenheiten und die besten Anwendungen für alle Prozesse. Ein einzelner Prozess kann nicht alle Anforderungen erfüllen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die einzigartigen Eigenschaften jedes Prozesses zu verstehen. Für MELD ist das einzigartige Merkmal im Vergleich zu anderen Metall-3D-Technologien, dass es sich um einen Festkörper handelt.
 
Wir sind die einzige Technologie, die in der Lage ist, sehr große Teile zu skalieren, zu bauen oder zu reparieren. Eine weitere einzigartige Funktion besteht darin, dass Sie ein vorhandenes Teil in die Maschine einsetzen und dann zusätzliches Material hinzufügen können, unabhängig davon, ob Sie eine Verschleißschutzbeschichtung aus einem sehr leichten Material wünschen oder ob Sie das Material zur Reparatur einer verschlissenen Oberfläche hinzufügen möchten.
 

 
Die Tatsache, dass dies ein Prozess mit geringerer Wärmeentwicklung ist, bedeutet, dass wir weniger Eigenspannung erzeugen, was sich in einer geringeren Verzerrung äußert. MELD kann ohne Verzerrung ziemlich viel Material auf eine sehr dünne Platte aufbringen. Dies macht MELD für die Automobil- und Luftfahrtindustrie von extremem Interesse.
 
Stellen Sie sich vor, Sie stellen eine Flugzeugrumpfverkleidung her. Bei einem herkömmlichen Ansatz würden Sie eine 4 Zoll dicke Aluminiumplatte nehmen und 80% des Materials herausbearbeiten, um eine dünne Platte mit einem Steg aus Rippenversteifungen zu erhalten, die das minimale Gewicht, aber die maximale strukturelle Festigkeit und Leistung aufweist. Mit dem MELD-Prozess können wir mit einer sehr dünnen Platte beginnen und diese Rippenversteifungen hinzufügen, ohne eine Restspannung zu erzeugen, die diese Platte zerstören kann.
 
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal der MELD-Technologie besteht darin, dass sie die unterschiedlichsten Materialien unterstützt, während es AM-Maschinen gibt, die nur ein oder vielleicht zwei oder drei Materialien akzeptieren.
 
Wenn wir dorthin zurückkehren, wo wir uns gerade befinden, bieten wir auch die Möglichkeit, das Material tatsächlich zu erstellen. Mit einer MELD-Maschine können Sie vor Ort Ihre eigenen Legierungs- und Metallmatrix-Verbundwerkstoffe herstellen.
 
Wenn Sie über das Wertversprechen der additiven Fertigung im Allgemeinen und im Hinblick auf das Prototyping nachdenken, erhalten Unternehmen die Möglichkeit, eine neue Geometrie eines Teils sehr schnell zu bewerten. MELD wird das gleiche Wertversprechen für die Bewertung neuer Materialien anbieten. Die Anwender unserer Technologie können ihre Legierungsrezepte anpassen und dann Tests durchführen, um die Optimierungsbemühungen einer neuen Legierung zu unterstützen. Für mich ist das eine der aufregendsten Möglichkeiten, die die Technologie bietet.
 
Darüber hinaus ist MELD die einzige Technologie, die nachweislich Materialien recycelt. Sie könnten beispielsweise Maschinenchips aus einer Werkstatt entnehmen und ein Teil mit der MELD-Maschine herstellen. Dies ist ein großes Unterscheidungsmerkmal, wie grün und umweltfreundlich dieser Prozess ist.
 
Wenn Sie einige dieser Vorteile zusammenfassen: Die geringe Leistung, der geringe Ausstoß von Gasen und die einfache Verwendung, macht das alles MELD zu einem sehr attraktiven Verfahren, besonders im Hinblick auf die Portabilität. Dies ist für Organisationen wie die US-Armee, die zusätzliche Fähigkeiten auf das Schlachtfeld bringen möchten. Energieerzeugungsunternehmen, die über sehr große Anlagen auf dem Gebiet verfügen von Interesse, diese würden ebenfalls von der Verwendung von Additiven profitieren, um Ausfallzeiten zu minimieren und um Reparaturen vor Ort durchführen zu können.
 

Was macht den 3D-Metalldruck für die von Ihnen genannten Branchen so attraktiv?

 
Bisher habe ich noch keine Branche gefunden, die nicht von der additiven Fertigung und insbesondere von der MELD-Technologie profitieren kann. Additiv hat in Bezug auf Werkstoffe und industrielle Anwendungen viel zu bieten. Metalle sind nur ein kleiner Schritt auf dem Weg zu einer echten Individualisierung.
 
Effizienz, Kosteneinsparungen, Leistungsverbesserung, Reparaturfähigkeit, Reduzierung der Gesamtinvestitionen und Austausch, Minimierung des logistischen Aufwands – all diese Vorteile, die AM bietet, sind für alle Branchen verfügbar, denen ich begegnet bin.
 
Insbesondere Metall, das in jeder Branche eingesetzt wird. Wir neigen dazu, nur an fertige Waren zu denken, die aus Metall sind. In Wahrheit gibt es jedoch keinen Hersteller, der bei der Herstellung seiner Produkte kein Metall verwendet. Dies bedeutet, dass diese Hersteller potenziell von AM Profitieren können.
 

Wie würden Sie den aktuellen Stand der additiven Fertigung beschreiben und wie sehen Sie die Entwicklung in den nächsten fünf Jahren?

Wir stehen noch am Beginn einer neuen Ära. Im Moment wird über Industrie 4.0 gesprochen. Ich denke wir streben bereits 5.0 an.
 
Kurzfristig konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die letzten Phasen der Produktherstellung. Wir denken über ein bestehendes Produkt nach und wie wir es mit weniger Zeit, Kosten, Gewicht und weniger Schritten herstellen können.
 
In geringerem Maße liegt der Fokus daran, die unterschiedlichen Leistungsanforderungen für das Teil zu berücksichtigten und zu definieren. Ich glaube, die eigentliche Entwicklung steckt in der Phase, in der wir über Materialauswahl, Design und Leistungsanforderungen nachdenken. Beispielsweise benötigen wir möglicherweise ein Teil, das in einem Bereich resistent ist, in einem anderen Bereich jedoch eine größere Duktilität aufweist.
 
Wenn all diese Anforderungen und Variablen bei der Konzeption eines Produkts berücksichtigt werden und es sich nur um die synergetische Anstrengung handelt, jeden Aspekt eines Produkts gleichzeitig zu bewerten und zu optimieren, dann haben wir alle Potenziale der additiven Fertigung erfüllt.
 

Was ist für Sie die größte Herausforderung, die die AM-Branche zu bewältigen hat, um die Einführung der Technologie zu beschleunigen?

Eine meiner Ansicht nach häufige Herausforderung ist der Mangel an internem Fachwissen und Fähigkeiten. Bei Gesprächen mit einer Vielzahl von Unternehmen liegt die Verantwortung für die Entwicklung einer additiven Strategie häufig bei nur einer Person, für die sie eher eine zusätzliche Verantwortung als eine Hauptverantwortung darstellt.
 
Um die Einführung der additiven Fertigung zu beschleunigen, müssen Unternehmen internen Champions Ressourcen zuweisen.

Gibt es im Bezug auf AM eine Korrelation zwischen der Größe eines Unternehmens und dem Kompetenzniveau?

Nein, es ist sehr unterschiedlich. Manchmal sind kleinere Unternehmen in der Lage, viel schneller voranzukommen und Entscheidungen viel schneller zu treffen, und entscheiden sich daher dafür, den Wettbewerbsvorteil zu nutzen, den Additiv mit maximaler Geschwindigkeit bieten kann.
 
Manchmal geht es nicht unbedingt nur um Ressourcen, sondern vielmehr um die Fähigkeit, die Änderungsrate zu maximieren. Und Veränderungen sind schwierig, besonders wenn Sie bereits eine bestimmte Vorgehensweise haben. Diese ändern oder anpassen zu müssen, ist immer eine Herausforderung.
 

Welchen Rat würden Sie einem Unternehmen geben, das Metall-3D-Druck einsetzen möchte, aber nicht weiß, wo es anfangen soll?

Es gibt einige einfache Kriterien, anhand derer ein Framework zur Bewertung von 3D-Drucktechnologien erstellt werden kann. Dazu gehören Produktgröße, Produktmaterialien und Leistungskriterien für potenzielle Teile.
 
Alle additiven Prozesse haben für jede Aufgabe ihre Vor- und Nachteile. Der schwierige Teil ist z.B. die Betrachtung ein vorhandenes Teil mit bestimmten Materialspezifikationen und Leistungsanforderungen und dann überlegen Sie, wie dieses Teil besser, schneller oder billiger hergestellt werden kann.
 
Sobald wir alle Fähigkeiten der additiven Technologie beherrschen, werden wir schnell Ideen entwickeln, wie wir uns verbessern können. Diese ursprüngliche Kriterienliste ist ein hilfreicher Ausgangspunkt. Es ist auch hilfreich zu erkennen, dass das Interesse an Additiven mit der Bildung und der Kenntnis dessen, was Additive ermöglicht, wächst.
 

Wie sieht die Zukunft von MELD Manufacturing aus?

Wir werden auf das zugehen, was ich für die Industrie 5.0 halte: die Synthese der Funktionen, die heute noch getrennt sind. Wir werden weiterhin aufzeigen, was möglich ist, wenn Sie Materialdesign in Produktdesign integrieren und Variationen und Anpassungen durch ein Teil ermöglichen.
 
Diese Idee der Anpassung und Variation des Teils selbst ist der nächste Schritt, und dazu müssen Materialwissenschaft, Materialdesign, Maschinenbau und Elektrotechnik zusammengeführt werden. MELD kann speziell dabei helfen, diese zusammenzubringen. Wir werden die additive Fertigung weiterhin über die Idee der reinen Teilefertigung hinaus vorantreiben, um Verschleißschutz- oder Ballistikschutzbeschichtungen hinzuzufügen oder Features zum Anpassen, Verstärken oder Reparieren eines Teils hinzuzufügen. Wir haben noch so viele Möglichkeiten vor uns.
 
Um unsere Produktlinie zu erweitern, werden wir in diesem Jahr eine weitere Plattform für Ausrüstungsmaschinen auf den Markt bringen, die einen erheblich größeren Bauraum aufweist, gemessen in Kubikfuß statt Zoll.
 
Darüber hinaus wird 2019 ein Zertifizierungskurs für Betreiber angeboten. Wir werden ein Forschungskonsortium gründen und dann offensichtlich an einigen Veranstaltungen teilnehmen, sprechen und ausstellen.
 

Schließlich noch, wie sehen Sie die Entwicklungen, mehr Frauen in den 3D-Druckbereich einzubeziehen?

Das ist eine gute Frage. Ich habe kürzlich auf der Veranstaltung von Volvo Trucks „Women in Manufacturing“ gesprochen. Es war eine großartige Veranstaltung, an der sowohl Männer als auch Frauen teilnahmen. Eines der Dinge, die ich liebte, war die Teilnahme an einem Podium, bei dem wir über unsere Reise und den krummen Weg sprachen, den jeder im Leben nimmt, um dort zu landen, wo er gerade ist.
 
Eines der Dinge, die ich davon mitgenommen habe, war, dass Frauen mutig, fähig und bravourös sind. Sie können sich gegenseitig aufbauen und müssen keine gerade Linie nehmen oder Opfer bringen, um dahin zu gelangen, wohin sie wollen.
 
Für mich persönlich ist es äußerst aufregend, Teil einer brandneuen Technologie zu sein. Dies ist wirklich eine Revolution in unserem Leben und wir werden eine Veränderung sehen, die die Menschen heute nicht wirklich artikulieren können. Ich finde es wunderbar, ein Teil davon zu sein, und ich hoffe, es wird zeigen, dass jeder alles kann. Sie müssen nur bereit sein, ein Risiko einzugehen.
 
Wenn Sie mehr über MELD Manufacturing erfahren möchten, besuchen Sie: meldmanufacturing.com