Construyendo las herramientas de la próxima revolución industrial

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Hace más de un siglo, un visitante de la nueva línea de ensamblaje de Henry Ford en Highland Park, Michigan, pudo ver a los trabajadores construir automóviles a partir de partes intercambiables y presenciar una revolución. fabricación en progreso.

Hoy, alguien que quiera ver el futuro del sector manufacturero debe ir al laboratorio de John Hart. A través de proyectos que involucran impresoras 3D de nueva generación, fibras de nanotubos de carbono utilizadas en motores eléctricos y materiales compuestos livianos, e impresión de materiales flexibles para dispositivos médicos, Hart y su grupo de investigación están desarrollando tecnologías que permiten repensar la forma en que se hacen las cosas. en la escala de la economía mundial.

Hart, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT y director del Laboratorio de Fabricación y Productividad y del Centro de Tecnologías Avanzadas de Adición y Producción Digital, es un experto en impresión 3D, también conocida como fabricación aditiva, que implica: archivo material guiado capa por capa en formas tridimensionales precisas. (La fabricación convencional generalmente implica hacer una pieza de trabajo retirando material, por ejemplo mecanizando o formando la pieza de trabajo con la ayuda de una herramienta de moldeo).

La investigación de Hart incluye el desarrollo de materiales avanzados (nuevos tipos de polímeros, nanocompuestos y aleaciones metálicas), así como el desarrollo de nuevas máquinas y procesos que usan y moldean materiales, como el metal y el plástico. Impresión 3D de alta velocidad y grafeno rollo a rollo. técnicas de crecimiento y fabricación de sensores y componentes electrónicos de bajo costo.

"En mi laboratorio, a través de nuestras asociaciones industriales y las empresas emergentes en las que participo, estamos tratando de redefinir la fabricación a gran escala y repensar cómo se dedican los recursos a la fabricación durante todo el período. ciclo de vida del producto ", dijo Hart. "Uno de los objetivos principales es la creación de nuevos tipos de impresoras 3D. Estas impresoras son de 10 a 100 veces más rápidas, más precisas y tratan tanto materiales conocidos como materiales sin precedentes. "

Un énfasis en aplicaciones y escala

Hart creció en el área de Detroit, uno de los principales centros de fabricación del país desde Henry Ford, y estudió ingeniería mecánica en la Universidad de Michigan. Pasó los veranos haciendo una pasantía en General Motors. Cuando comenzó su programa de maestría en ingeniería mecánica en el MIT, pensó que eventualmente regresaría a la industria automotriz.

Una vez en Cambridge, se abrieron nuevos horizontes. "Al llegar al MIT, simplemente disfruté el ambiente, la sensación de desafío, el aprendizaje y la mente abierta", dice.

El trabajo de Hart con su consultor, Alexander Slocum, profesor de ingeniería mecánica, ha despertado interés en la producción de nanomateriales. Decidió seguir una tesis sobre nuevos métodos para construir nanotubos de carbono, moléculas largas más fuertes que el acero y más conductoras que el cobre.

Cuando regresó al MIT en 2013 como nuevo miembro de la facultad, después de varios años como profesor en la Universidad de Michigan, comenzó a explorar otra nueva frontera: la impresión 3D.

Como director del nuevo Centro MIT para Tecnologías Avanzadas de Producción Digital y Aditiva y cofundador de dos nuevas empresas de impresión 3D en el área de Boston – Desktop Metal y VulcanForms – Hart está avanzando esta frontera en múltiples frentes, por a través de la educación y el emprendimiento. y compromiso con la industria.

Aunque los proyectos de investigación realizados en su laboratorio se extienden desde la escala nano a la escala macroscópica, él tiene un ojo entrenado en una visión general. Con los avances en informática, digitalización y automatización, así como su propio conocimiento en procesamiento de materiales y diseño de máquinas, Hart Group ve el potencial de la impresión 3D racionalizar y acelerar drásticamente las cadenas de suministro mundiales. El grupo también está llevando a cabo una serie de proyectos relacionados con el interés de Hart en los nanotubos de carbono, explorando formas de transformar nanotubos en alambres, fibras y compuestos estructurales avanzados.

Para Hart, esta convergencia de tecnologías de fabricación basadas en digital es una forma de superar los obstáculos logísticos de los largos plazos de entrega, las complejas cadenas de suministro y los requisitos de capital.

Y, está motivado por la búsqueda de nuevas aplicaciones beneficiosas para la sociedad en general. "Este podría ser un mejor implante médico o sensor para medir la salud del suelo, un cable más conductor que el cobre, o una nueva actividad posible gracias al acceso rápido a la impresión 3D en una ciudad densa o en un entorno rural "dijo él. dicho.

"Si desea hacer un nuevo dispositivo médico o incluso una pieza de automóvil, piense en la cadena de suministro que necesita comprender y administrar. Cada parte requiere muchos detalles, tiempo e inversión para diseñar, validar y finalmente producir, ya sea que se fabrique localmente o en el extranjero. Una de las razones por las que la impresión 3D es fundamentalmente diferente es que permite a los diseñadores e ingenieros iterar más rápido y producir grandes cantidades de piezas a pedido en un futuro cercano sin una inversión inicial fija. "

Viendo el futuro

Es cierto que "la impresión 3D no reemplazará toda la fabricación, ni siquiera una décima parte en un futuro cercano", dice Hart. "Esta es la piedra angular de una transformación digital en la forma en que diseñamos, producimos y mantenemos productos de una manera receptiva e impulsada por el mercado".

A medida que estas nuevas tecnologías se utilicen más ampliamente, los cambios resultantes en los procesos de fabricación industrial podrían tener profundas implicaciones para los futuros trabajadores, así como para su capacitación y educación. Hart también está profundamente involucrado en estos temas.

"También nos gusta pensar en términos de sistemas, en términos del modelado económico de las nuevas tecnologías de fabricación, incluida la impresión 3D, y comprender cómo funcionan las empresas y las transformaciones que podrían ser necesarias en los procesos de desarrollo de productos y en las habilidades de sus empleados ", dice.

Esta investigación se inspiró en la participación de Hart en la iniciativa "Work of the Future" del MIT, para lo cual reunió a un equipo para examinar cómo las demandas impusieron a los trabajadores a lo largo del ciclo de vida del producto: de diseñador a ingeniero y productor: se verá influido por el auge de la automatización y la digitalización.

El flujo de trabajo de Hart se ha vuelto cada vez más diverso, en línea con los rápidos desarrollos en el terreno. Pero su enseñanza, su investigación y su trabajo con la industria van de la mano, dice. "Todo es simbiótico. Todas estas actividades e intereses se alimentan mutuamente. También tenemos la responsabilidad principal de considerar la sostenibilidad de las tecnologías de fabricación que estamos desarrollando y las implicaciones de una fabricación más flexible, tanto positiva como negativa, sobre la presión sobre los recursos del planeta. "

Además de su propia experiencia como empresario, y como co-inventor de más de 50 patentes pendientes y emitidas, Hart se beneficia del conocimiento y la energía de los profesionales de la industria. enseñanza y alumnos.

Ha recibido el prestigioso Premio Ruth y Joel Spira por su distinguida enseñanza en el MIT, así como el Premio MIT Keenan a la Innovación en la Enseñanza de Pregrado, por su trabajo docente en el Curso Insignia. 2.008 (Diseño y fabricación) del MIT en fabricación de pregrado. curso en línea abierto en edX. Como "Czar Maker" del Departamento de Ingeniería Mecánica, supervisa los talleres de diseño y fabricación utilizados por cientos de estudiantes. Colabora con instructores y varios jefes de departamento para garantizar que las instalaciones tengan equipos y capacidades de vanguardia, y que los estudiantes se vuelvan competentes en tecnologías establecidas y emergentes.

También creó y dirige un MITxPro curso para profesionales, "Fabricación aditiva para diseño y producción innovadores", al que asistieron más de 2.500 participantes de todo el mundo que buscaron aprender los conceptos básicos y las aplicaciones de la impresión 3D y aplicar ese conocimiento a sus clientes. trabajo.

"La experiencia de enseñar y desarrollar cursos para la industria, tanto en persona como en forma digital, ha sido increíblemente útil para dar forma a mi visión de cómo nosotros, en el MIT, puede contribuir al futuro de la fabricación ", dice Hart.

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