Dẫn đầu về đổi mới sản xuất vật liệu tổng hợp
Triệu tập, kết nối, xúc tác. Ba từ đơn giản nhưng mạnh mẽ đó đã trở thành tôn chỉ của Viện Đổi mới Sản xuất Vật liệu Composite Cao cấp (IACMI) trong 10 năm qua. Kể từ khi Bộ Năng lượng công bố ra mắt vào năm 2015, IACMI đã tập hợp mọi người và tổ chức trong hệ sinh thái vật liệu tổng hợp, kết nối các bên liên quan để thúc đẩy đổi mới, đồng thời xúc tác cho sự tiến bộ và thương mại hóa.
Vật liệu tổng hợp được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều vật liệu khác nhau, điển hình là ma trận và vật liệu gia cố, mang lại nhiều lợi thế trong sản xuất tiên tiến. Việc sử dụng chúng có thể nâng cao độ bền và độ bền của vật liệu, làm cho các bộ phận nhẹ hơn và chống ăn mòn tốt hơn, đồng thời cải thiện tính thẩm mỹ và tính linh hoạt trong thiết kế. Các dự án được IACMI hỗ trợ đã mang lại những tiến bộ đáng kể về cánh tuabin gió, cửa nâng ô tô nhẹ hơn và sự phát triển tác phẩm điêu khắc in 3D lớn nhất thế giới. Với các nhóm làm việc tập trung vào nhiều thách thức khác nhau của ngành, bao gồm chế tạo cấu trúc hàng không, cơ sở hạ tầng và xây dựng cũng như tái chế vật liệu tổng hợp, các thành viên của viện hợp tác để tìm ra các giải pháp đổi mới cho toàn bộ vòng đời sản xuất và sử dụng vật liệu tổng hợp.
IACMI không chỉ thúc đẩy công nghệ—mà còn tác động đến cuộc sống của những người liên quan. Thông qua các chương trình phát triển lực lượng lao động đặc trưng của mình, viện đã đào tạo hơn 20.000 công nhân mới nổi về gia công CNC, đo lường, vật liệu tổng hợp, sản xuất thông minh và an ninh mạng. Ảnh hưởng của nó cũng được thể hiện rõ qua tác động kinh tế đáng kể của nó. Trong thập kỷ qua, hệ sinh thái vật liệu tổng hợp đã được hưởng lợi từ khoản đầu tư 400 triệu USD vào các cơ sở mở rộng quy mô trên khắp 8 tiểu bang và khoản đầu tư 150 triệu USD vào nghiên cứu và phát triển ứng dụng – bên cạnh việc thương mại hóa các sản phẩm mới.
Thành tựu trong ngành của IACMI
Phát triển hệ sinh thái
- Cơ sở ươm tạo công nghệ mới:IACMI trao quyền cho các thành viên của mình quyền tiếp cận với thiết bị tiên tiến và kiến thức chuyên môn thông qua các cơ sở thử nghiệm trên khắp tám tiểu bang, bao gồm Cơ sở Nghiên cứu Mở rộng Quy mô (SuRF) nằm ở trung tâm ngành công nghiệp ô tô ở Detroit và Cơ sở Trình diễn Sản xuất tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge. Hơn 125 thành viên IACMI đã tham gia vào các dự án kỹ thuật, tận dụng các cơ sở này để thúc đẩy đổi mới. Một ví dụ đáng chú ý là dự án cổng nâng Volkswagen được mô tả bên dưới, dự án sử dụng cơ sở vật chất và quan hệ đối tác của IACMI để phát triển vật liệu và quy trình mới, thể hiện tác động đáng kể của việc tiếp cận cơ sở vật chất đối với sự đổi mới của ngành.
- Lộ trình đổi mới theo định hướng ngành:IACMI đã phát triển một lộ trình toàn diện trong đó nêu ra những thách thức và cơ hội khó khăn nhất của ngành trong các lĩnh vực như ô tô, hàng không vũ trụ, năng lượng và cơ sở hạ tầng. Lộ trình này được thúc đẩy bởi ý kiến đóng góp chung của mạng lưới mạnh mẽ gồm hơn 170 công ty thành viên và 4.500 chuyên gia từ các ngành công nghiệp, học viện và phòng thí nghiệm liên bang. Lộ trình không chỉ xác định các lĩnh vực chính cần đổi mới mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho các cuộc gọi dự án hợp tác nhằm kết nối các thành viên trong hệ sinh thái để giải quyết vấn đề và thúc đẩy tiến bộ.
Phát triển lực lượng lao động
- : American’s Cut Edge (ACE) tìm cách đáp ứng nhu cầu cấp thiết và ngày càng tăng về lao động lành nghề trong ngành công nghiệp máy công cụ và gia công của Hoa Kỳ. ACE cung cấp một
-mô-đun đào tạo trực tuyến cũng như đào tạo trực tiếp do người hướng dẫn hướng dẫn—tất cả đều miễn phí. Chương trình này được khởi động vào năm 2020 với sự tài trợ của Bộ Quốc phòng, hiện có 42 trung tâm đào tạo gia công ACE ở 14 tiểu bang và đã đào tạo hơn 16.000 thợ máy và kỹ sư đầy tham vọng đại diện cho 50 tiểu bang, chuẩn bị cho họ gia nhập lực lượng lao động sản xuất. - :METAL (Học tập và Thực tập Thương mại Kỹ thuật Luyện kim) đang định hình thế hệ những nhà cải tiến và chế tạo tiếp theo trong lĩnh vực đúc và rèn. Chương trình này được thiết kế để tạo ra một mạng lưới đào tạo quốc gia nhằm duy trì lực lượng lao động kim loại đến năm 2050. Mạng lưới này có các địa điểm trung tâm ở Pennsylvania, Ohio, Alabama, Michigan, California và Tennessee cũng như một khóa đào tạo trực tuyến. METAL tập trung vào việc thu hút mọi người từ “K đến xám” thông qua các sự kiện, hội thảo, chương trình đào tạo, thực tập, chứng chỉ đại học và học việc về STEM.
- : Bộ dụng cụ InnoCrate mang đến cho giáo viên K-5 một cách dễ dàng để dạy học sinh về STEM và kỹ thuật vật liệu tổng hợp. Được tạo ra bởi các giáo sư tại Đại học Tennessee và do IACMI lãnh đạo, bộ dụng cụ này đang được sử dụng trong các trường thí điểm trên toàn quốc. Các hoạt động như làm bột bả ngớ ngẩn từ đầu và xây Tháp Eiffel bằng báo đều là những hoạt động thú vị đối với học sinh, trong khi giáo viên có được một công cụ chìa khóa trao tay đơn giản để giúp giải thích các khái niệm phù hợp với tiêu chuẩn của tiểu bang. Mỗi bộ tài liệu bao gồm chương trình giảng dạy, video và tất cả các vật dụng cần thiết.
Câu chuyện thành công của dự án IACMI
Cửa nâng được cải tiến giúp xe nhẹ hơn
Nhóm dự án do IACMI tài trợ đã giúp Volkswagen của Mỹ thiết kế lại và xác nhận cửa nâng bằng composite đúc nén cho xe SUV. Thiết kế mới đầy sáng tạo này đã giảm trọng lượng xuống 35% và giảm chi phí định kỳ xuống 9% so với đường cơ sở bằng thép. Những tiến bộ công nghệ từ nghiên cứu này hiện đang được sử dụng trên nhiều nền tảng của VW, bao gồm cả VW ID Buzz EV mới.
Từ xe đạp đến hydro: Mở rộng quy mô đổi mới ống nano trong các ngành công nghiệp
IACMI đã giúp mở rộng quy mô công nghệ ống nano cacbon (VACNT) thẳng hàng từ xe đạp leo núi hiệu suất cao đến hệ thống năng lượng và hàng không vũ trụ tiên tiến. Lần đầu tiên được áp dụng cho xe đạp đổ đèo Santa Cruz, công nghệ này giúp giảm tới 80% tình trạng hỏng bánh xe. Sau đó, công nghệ này được đánh giá cho các cấu trúc khí động học cất cánh và hạ cánh thẳng đứng bằng điện để tạo ra các bộ phận bền hơn, sản xuất nhanh hơn và cắt giảm chi phí làm tan băng ít nhất 67%. Giờ đây, các đối tác bao gồm Airbus và Joby Aviation đang khám phá VACNT cho các thùng chứa hydro để nâng cao tính an toàn và hiệu quả trong vận chuyển hàng không thế hệ tiếp theo. Đây chính là lý do hoạt động R&D ban đầu trong lĩnh vực này với IACMI đã giúp các công ty như NAWA America mở rộng ở Ohio.
Hỏi đáp với Chad Duty, Giám đốc điều hành của IACMI
Dẫn đầu IACMI kể từ năm 2023, Giám đốc điều hành và Giáo sư Chad Duty của UT Knoxville kỷ niệm 10 năm thành lập viện bằng cách thảo luận về di sản tác động của viện và nêu bật những đổi mới mà ông hào hứng nhất trong thập kỷ tới.
Những thách thức trong việc xây dựng hệ sinh thái của bạn là gì?
Một hệ sinh thái phát triển tốt không thể được xây dựng một cách dễ dàng hay chỉ trong một sớm một chiều. Mạng lưới của IACMI mở rộng sang một số lĩnh vực ứng dụng và mở rộng chuỗi cung ứng, từ các OEM lớn đến các nhà cung cấp nguyên liệu nhỏ. Vào năm 2015, IACMI được thành lập với ý tưởng về mạng lưới đó, tận dụng sức mạnh tổng hợp của các đối tác công nghệ cốt lõi (UTK, ORNL, Purdue, MSU, UDRI và NREL) cũng như một số đối tác công nghiệp quan trọng. Trong thập kỷ qua, IACMI đã làm việc trong mạng lưới đó để phát triển và giảm thiểu rủi ro cho các công nghệ mới có thể được đưa ra thị trường, điều này đã thu hút sự chú ý (và tư cách thành viên) của nhiều công ty hơn nữa quan tâm đến việc cộng tác với IACMI.
Đâu là chìa khóa để tăng cường áp dụng trong lĩnh vực trọng tâm của bạn?
Phát triển công nghệ mới (quy trình và sản phẩm) là trọng tâm cốt lõi trong nỗ lực đổi mới của IACMI. Một bước quan trọng trong việc này là hợp tác chặt chẽ với mạng lưới công nghiệp của chúng tôi để xác định những lỗ hổng quan trọng có thể được giải quyết thông qua mạng lưới năng lực và chuyên môn của IACMI. Khi chúng tôi phát triển công nghệ có tính đến các ứng dụng, một bước quan trọng hướng tới sự tiến bộ là giảm thiểu rủi ro cho những công nghệ đó khi sử dụng trong công nghiệp quy mô lớn.
Thành tích hoặc tác động nào khiến bạn tự hào nhất kể từ khi gia nhập IACMI và tại sao thành tích hoặc tác động đó khiến bạn nổi bật?
IACMI đã phát triển trên nhiều mặt trận trong vài năm qua. Các chương trình phát triển lực lượng lao động của chúng tôi (, ), được tài trợ thông qua chương trình Duy trì và Phân tích Cơ sở Công nghiệp của DoD, đã phát triển đáng kể và tác động đến hàng chục nghìn người tham gia quan tâm đến sự nghiệp trong lĩnh vực sản xuất tiên tiến. Nhóm của chúng tôi đã phát triển chương trình giảng dạy về nhiều chủ đề khác nhau, bao gồm vật liệu tổng hợp, gia công, đúc và rèn, có sẵn thông qua cả hội thảo trực tuyến và trực tiếp. Những nỗ lực này rất quan trọng để đáp ứng nhu cầu tương lai của ngành sản xuất tiên tiến vì an ninh kinh tế và quốc gia của đất nước chúng ta.
Những sáng kiến hoặc quan hệ đối tác nào hiệu quả nhất trong việc hỗ trợ các nhà sản xuất vừa và nhỏ (SMM)?
Một tỷ lệ lớn (~70%) thành viên công nghiệp của IACMI là SMM. Họ đặc biệt bị thu hút bởi mạng lưới của IACMI để hiểu rõ hơn về các sáng kiến và tiến bộ quan trọng diễn ra trong toàn ngành cũng như tạo kết nối với các công ty khác trong toàn bộ chuỗi cung ứng. Những tương tác này thể hiện rõ nhất trong môi trường nhóm làm việc và cuộc họp thường niên của các thành viên.
Bạn hy vọng hoạt động của IACMI sẽ có tác động gì đến ngành sản xuất Hoa Kỳ về lâu dài?
Tôi rất vui vì IACMI đang thúc đẩy hoạt động sản xuất của Hoa Kỳ trên hai lĩnh vực cụ thể là phát triển công nghệ và phát triển lực lượng lao động, đồng thời hợp tác cả hai với một mạng lưới công nghiệp lớn. Như chúng ta đã thấy trong thập kỷ đầu tiên của IACMI, có hàng tá sản phẩm mới trên thị trường đã được phát triển thông qua các dự án IACMI và hàng nghìn sinh viên đang có cơ hội tiếp xúc quý giá với các kỹ năng sản xuất tiên tiến. Về lâu dài, tác động của IACMI đối với hoạt động sản xuất của Hoa Kỳ sẽ là những công nghệ được đưa ra thị trường và lực lượng lao động có trình độ, mạnh mẽ.
Nhìn về tương lai, mục tiêu hoặc sự đổi mới nào khiến bạn phấn khích nhất về thập kỷ tới của IACMI?
IACMI đã phát triển cơ sở vật chất và kiến thức chuyên môn đẳng cấp thế giới để thúc đẩy công nghệ tổng hợp trên một số lĩnh vực. Những bước tiến lớn đã được thực hiện trong lĩnh vực ô tô, hàng không vũ trụ và năng lượng gió, nhưng các công nghệ cốt lõi liên quan đến những tiến bộ này có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tương đối chưa được khám phá như cơ sở hạ tầng, dầu khí, địa nhiệt và năng lượng hạt nhân. Chúng tôi cũng có vị trí thuận lợi để đóng góp vào sự phát triển của “sản xuất thông minh”, với các khả năng độc đáo để tích hợp cảm biến và trí thông minh tích hợp vào sản xuất quy mô lớn.
10 Năm Đổi mới, Hợp tác và Giáo dục
IACMI là một phần của mạng lưới Sản xuất Hoa Kỳ, được thành lập để tăng khả năng cạnh tranh sản xuất của Hoa Kỳ bằng cách kết nối con người, ý tưởng và công nghệ. Tìm hiểu thêm về 10 lĩnh vực mà IACMI và phần còn lại của mạng lưới Sản xuất Hoa Kỳ đã tạo ra tác động đáng kể kể từ khi mạng lưới này thành lập vào năm 2014.