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Die Produktion fand im Hochsommer statt.Der im August in Kraft getretene Chips and Science Act stellt eine massive Investition in die heimische Produktion in den Vereinigten Staaten dar.Der Gesetzentwurf zielt darauf ab, die US-Halbleiterindustrie erheblich auszubauen, Lieferketten zu stärken und in Forschung und Entwicklung zu investieren, um neue technologische Durchbrüche zu erzielen.Laut John Hart, Professor für Maschinenbau und Direktor des Manufacturing and Productivity Laboratory am Massachusetts Institute of Technology, ist der Chip Act nur das jüngste Beispiel für ein bemerkenswert gestiegenes Interesse von Herstellern in den letzten Jahren.Die Auswirkungen der Pandemie auf Lieferketten, die globale Geopolitik und die Relevanz und Bedeutung einer nachhaltigen Entwicklung“, sagte Hart.Innovationen in Industrietechnologien.„Angesichts der wachsenden Konzentration auf die Fertigung muss Nachhaltigkeit Vorrang haben.Etwa ein Viertel aller Treibhausgasemissionen im Jahr 2020 stammen aus Industrie und verarbeitendem Gewerbe.Fabriken und Fabriken können auch die lokale Wasserversorgung erschöpfen und große Mengen an Abfall produzieren, von denen einige giftig sein können.Um diese Probleme zu lösen und den Übergang zu einer kohlenstoffarmen Wirtschaft sicherzustellen, ist die Entwicklung neuer Produkte und Industrieprozesse sowie nachhaltiger Produktionstechnologien erforderlich.Hart glaubt, dass Maschinenbauingenieure in dieser Übergangsrolle eine entscheidende Rolle spielen.„Maschinenbauingenieure verfügen über die einzigartige Fähigkeit, kritische Probleme zu lösen, die Hardwaretechnologien der nächsten Generation erfordern, und wissen, wie sie ihre Lösungen skalieren können“, sagte Hart, Professor und Absolvent der MIT-Abteilung für Maschinenbau.Bietet Lösungen für Umweltprobleme und ebnet den Weg für eine nachhaltigere Zukunft.Gradun: Cleantech Water Solutions Manufacturing braucht Wasser, und zwar viel davon.Eine mittelgroße Halbleiterfabrik verbraucht über 10 Millionen Gallonen Wasser pro Tag.Die Welt leidet zunehmend unter Dürre. Gradiant bietet Lösungen für dieses Wasserproblem. Das Unternehmen wird von Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 und Prakash Govindan PhD '12 geleitet, den Mitbegründern und Pionieren von nachhaltigen Wasser- oder „sauberen Technologie“-Projekten.Bajpayee und Govindan teilen als Doktoranden am nach Rosenova Kendall benannten Heat Transfer Laboratory den Pragmatismus und den Hang zum Handeln.Während einer schweren Dürre in Chennai, Indien, entwickelte Govindan für seine Doktorarbeit eine Befeuchtungs-Entfeuchtungstechnologie, die den natürlichen Regenzyklus nachahmt.Eine Technologie, die sie Carrier Gas Extraction (CGE) nannten, und 2013 gründeten die beiden Gradient.CGE ist ein proprietärer Algorithmus, der die Schwankungen in der Qualität und Quantität des eingehenden Abwassers berücksichtigt.Der Algorithmus basiert auf einer dimensionslosen Zahl, die Govindan zu Ehren seines Vorgesetzten einmal als Linhard-Zahl bezeichnete.Wenn sich die Wasserqualität im System ändert, sendet unsere Technologie automatisch ein Signal, um die Durchflussrate anzupassen und die dimensionslose Zahl wieder auf 1 zu bringen. Sobald der Wert auf 1 zurückgeht, sind Sie in Bestform“, erklärt Govindan, COO von Gradiant .Das System verarbeitet und bereitet Abwasser aus Produktionsanlagen zur Wiederverwendung auf und spart letztendlich Millionen von Dollar pro Jahr an Gallonen Wasser.Als das Unternehmen wuchs, erweiterte das Gradiant-Team sein Arsenal um neue Technologien, darunter die selektive Schadstoffextraktion, eine wirtschaftliche Methode zur Entfernung nur bestimmter Schadstoffe, und ein Verfahren namens Gegenstrom-Umkehrosmose, ihre Solekonzentrationsmethode.Sie bieten jetzt ein komplettes Set an Technologielösungen für die Wasseraufbereitung und Abwasser für Kunden in Branchen wie Pharma, Energie, Bergbau, Lebensmittel und Getränke sowie der wachsenden Halbleiterindustrie.„Wir sind ein Anbieter von Komplettlösungen für die Wasserversorgung.Wir verfügen über eine Reihe proprietärer Technologien und werden je nach den Bedürfnissen unserer Kunden aus unserem Portfolio auswählen“, sagte Bajpayee, CEO von Gradiant.„Kunden sehen uns als ihren Wasserpartner.Wir können ihre Wasserprobleme von Anfang bis Ende lösen, damit sie sich auf ihr Kerngeschäft konzentrieren können.„Gradun hat im letzten Jahrzehnt ein explosionsartiges Wachstum erlebt.Bis heute haben sie 450 Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen gebaut, die täglich umgerechnet 5 Millionen Haushalte reinigen.Durch die jüngsten Akquisitionen ist die Gesamtmitarbeiterzahl auf über 500 Personen angewachsen.Die Lösungen spiegeln sich in ihren Kunden wider, zu denen Pfizer, Anheuser-Busch InBev und Coca-Cola gehören.Zu ihren Kunden zählen auch Halbleitergiganten wie Micron Technology, GlobalFoundries, Intel und TSMC.“Abwasser und Reinstwasser für Halbleiter sind wirklich gestiegen“, sagte Bajpayee.Halbleiterhersteller benötigen zur Herstellung von Wasser hochreines Wasser.Die gesamten gelösten Feststoffe betragen im Vergleich zu Trinkwasser einige Teile pro Million.Im Gegensatz zu Ersterem liegt die Menge an Wasser, die bei der Herstellung von Mikrochips verwendet wird, zwischen Teilen pro Milliarde oder Teilen pro Billiarde. Derzeit beträgt die durchschnittliche Recyclingrate in einer Halbleiterfertigungsanlage (oder Fabrik) in Singapur nur 43 %. Mit unserer Technologie von Ge C Diese Fabriken können 98–99 % der 10 Millionen Gallonen Wasser, die sie pro Produktionseinheit benötigen, recyceln.Dieses recycelte Wasser ist sauber genug, um in den Herstellungsprozess zurückgeführt zu werden.“Wir haben diese verschmutzte Wasserableitung eliminiert und die Halbleiterfabrik praktisch nicht mehr von der öffentlichen Wasserversorgung abhängig gemacht.“Bajpayee In, Fabry Ci stehen zunehmend unter Druck, ihre Wassernutzung zu verbessern, was Nachhaltigkeit zu einem entscheidenden Faktor macht.zu mehr US-Anlagen durch Trennung: effiziente chemische Filtration wie Bajpayee und Govindan, Shreya Dave '09, SM '12, PhD '16 konzentrierte sich in ihrer Doktorarbeit auf Entsalzung.Unter der Anleitung seines Beraters Jeffrey Grossman, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, stellte Dave eine Membran her, die eine effizientere und kostengünstigere Entsalzung ermöglichen könnte.Nach sorgfältiger Kosten- und Marktanalyse kam Dave zu dem Schluss, dass ihre Entsalzungsmembranen nicht kommerzialisiert werden konnten.„Moderne Technologien sind wirklich gut in dem, was sie leisten.Tun.Sie sind billig, werden in Massenproduktion hergestellt und funktionieren sehr gut.„Es gab keinen Markt für unsere Technologie“, sagte Dave.Kurz nachdem sie ihre Dissertation verteidigt hatte, las sie einen Übersichtsartikel in der Zeitschrift Nature, der alles veränderte.Der Artikel identifizierte das Problem.Die chemische Trennung, die das Herzstück vieler industrieller Prozesse darstellt, erfordert viel Energie.Die Industrie benötigt effizientere und kostengünstigere Membranen.Dave dachte, sie hätte vielleicht eine Lösung.Nachdem sie erkannt hatten, dass es wirtschaftliche Möglichkeiten gab, gründeten Dave, Grossman und Brent Keller, PhD '16, im Jahr 2017 Via Separations. Kurz darauf wählten sie Engine als eines der ersten Unternehmen, das Risikokapitalfinanzierung vom Massachusetts Institute of Technology erhielt.Derzeit erfolgt die industrielle Filtration durch Erhitzen von Chemikalien auf sehr hohe Temperaturen, um Verbindungen zu trennen.Dave vergleicht es damit, das gesamte Wasser zu kochen, bis es verdunstet ist, um Nudeln zuzubereiten, und was übrig bleibt, sind Spaghetti.In der Produktion ist diese chemische Trennmethode energieintensiv und ineffizient.Via Separations hat das chemische Äquivalent von „Pasta-Filter“-Produkten geschaffen.Anstatt Wärme zur Trennung zu verwenden, „filtern“ ihre Membranen die Verbindungen.Diese chemische Filtermethode verbraucht 90 % weniger Energie als herkömmliche Methoden.Während die meisten Membranen aus Polymeren bestehen, bestehen die Membranen von Via Separations aus oxidiertem Graphen, das hohen Temperaturen und rauen Umgebungen standhält.Die Membran wird durch Änderung der Porengröße und Abstimmung der Oberflächenchemie auf die Kundenbedürfnisse kalibriert.Derzeit konzentrieren sich Dave und ihr Team auf die Zellstoff- und Papierindustrie als Standbein.Sie haben ein System entwickelt, das eine Substanz namens „Schwarzlauge“ energieeffizienter recycelt.Papier wird nur ein Drittel der Biomasse für Papier verwendet.Derzeit besteht die wertvollste Verwendung der verbleibenden zwei Drittel des Altpapiers darin, mit einem Verdampfer Wasser zu kochen und so von einem sehr verdünnten Strom in einen sehr konzentrierten Strom umzuwandeln“, sagte Dave.Die erzeugte Energie wird für den Filterprozess genutzt.“Dieses geschlossene System verbraucht in den Vereinigten Staaten viel Energie.Wir können dies tun, indem wir ein „Spaghettinetz“ in den Kessel legen, fügt Dave hinzu.VulcanForms: Additive Fertigung im industriellen Maßstab Er unterrichtet einen Kurs über 3D-Druck, besser bekannt als Additive Fertigung (AM).Obwohl dies damals nicht sein Hauptschwerpunkt war, konzentrierte er sich auf die Forschung, dennoch fand er das Thema faszinierend.Wie viele Schüler der Klasse, darunter auch Martin Feldmann MEng '14.Feldmann trat der Forschungsgruppe von Hart hauptberuflich bei, nachdem er einen Master-Abschluss in fortgeschrittener Fertigung erworben hatte.Dort verbanden sie ihr gemeinsames Interesse an AM.Sie sahen eine Chance für Innovationen mithilfe einer bewährten additiven Metallfertigungstechnologie namens Pulverbett-Laserschweißen und schlugen vor, das Konzept der additiven Metallfertigung auf industriellen Maßstab zu übertragen.2015 gründeten sie VulcanForms.„Wir haben die AM-Maschinenarchitektur entwickelt, um Teile von außergewöhnlicher Qualität und Produktivität herzustellen“, sagte Hart."Und wir.Unsere Maschinen wurden in ein vollständig digitales Fertigungssystem integriert, das additive Fertigung, Nachbearbeitung und Präzisionsbearbeitung kombiniert.„Im Gegensatz zu anderen Unternehmen, die 3D-Drucker zur Herstellung von Teilen an Dritte verkaufen, nutzt VulcanForms seine Fahrzeugflotte, um Industriemaschinenteile herzustellen und an Kunden zu verkaufen.VulcanForms ist auf fast 400 Mitarbeiter angewachsen.Das Team eröffnete letztes Jahr seine erste Produktion.Unternehmen namens „VulcanOne“.Die Qualität und Präzision der von VulcanForms hergestellten Teile ist für Produkte wie medizinische Implantate, Wärmetauscher und Flugzeugtriebwerke von entscheidender Bedeutung.Ihre Maschinen können dünne Metallschichten drucken.„Wir produzieren Teile, die schwierig oder in manchen Fällen gar nicht herzustellen sind“, fügte Hart, Mitglied des Vorstands des Unternehmens, hinzu.Die von VulcanForms entwickelte Technologie kann dazu beitragen, Teile und Produkte auf nachhaltigere Weise herzustellen, entweder direkt durch einen additiven Prozess oder indirekt durch eine effizientere und flexiblere Lieferkette. VulcanForms und AM als Ganzes tragen unter anderem zur Nachhaltigkeit bei Materialeinsparungen.Viele der in VulcanForms verwendeten Materialien, wie zum Beispiel Titanlegierungen, benötigen viel Energie.Bei einem Titanteil verbrauchen Sie weitaus weniger Material als bei herkömmlichen Bearbeitungsverfahren.Bei der Materialeffizienz sieht Hart, dass AM einen großen Unterschied in Bezug auf Energieeinsparungen bewirken wird.Hart weist auch darauf hin, dass AM Innovationen bei sauberen Energietechnologien beschleunigen kann, von effizienteren Strahltriebwerken bis hin zu zukünftigen Fusionsreaktoren. „Unternehmen, die Risiken reduzieren und saubere Energietechnologien skalieren möchten, benötigen Fachwissen und Zugang zu fortschrittlichen Fertigungskapazitäten, und die industrielle additive Fertigung ist es.“ „In dieser Hinsicht transformativ“, fügt Hart hinzu.Produkt: Reibung.Der Maschinenbauprofessor Kripa Varanasi und das LiquiGlide-Team setzen sich dafür ein, eine reibungslose Zukunft zu schaffen und dabei den Abfall deutlich zu reduzieren.LiquiGlide wurde 2012 von Varanasi und dem Absolventen David Smith SM '11 gegründet und hat Spezialbeschichtungen entwickelt, die es Flüssigkeiten ermöglichen, über Oberflächen zu „gleiten“.Jeder Tropfen Produkt wird verwendet, egal ob er aus einer Zahnpastatube gepresst oder im Werk aus einem 500-Liter-Glas abgelassen wird.Reibungsfreie Behälter reduzieren den Produktabfall drastisch und es ist nicht erforderlich, die Behälter vor dem Recycling oder der Wiederverwendung zu reinigen.Das Unternehmen hat im Konsumgüterbereich große Fortschritte gemacht.Ein Colgate-Kunde nutzte die LiquiGlide-Technologie bei der Gestaltung einer Flasche Colgate Elixir-Zahnpasta, die mit mehreren Branchenpreisen für Design ausgezeichnet wurde.LiquiGlide hat sich mit dem weltbekannten Designer Yves Behar zusammengetan, um seine Technologie auf die Verpackungshygiene von Schönheits- und Körperprodukten anzuwenden.Gleichzeitig stellte ihnen die US-amerikanische Food and Drug Administration ein Master-Gerät zur Verfügung.Biopharmazeutische Anwendungen schaffen Chancen.Im Jahr 2016 entwickelte das Unternehmen ein System, das eine reibungslose Behälterproduktion ermöglicht.Oberflächenbehandlung von Lagertanks, Trichtern und Trichtern, um das Anhaften von Material an den Wänden zu verhindern.Das System kann den Materialabfall um bis zu 99 % reduzieren.„Das könnte wirklich bahnbrechend sein.Es spart Produktabfall, reduziert das Abwasser aus der Tankreinigung und trägt dazu bei, den Herstellungsprozess abfallfrei zu gestalten“, sagte Varanasi, Vorsitzender von LiquiGlide.Behälteroberfläche.Beim Auftragen auf einen Behälter zieht das Gleitmittel dennoch in die Textur ein.Kapillarkräfte stabilisieren sich und ermöglichen die Ausbreitung der Flüssigkeit über die Oberfläche, wodurch eine dauerhaft geschmierte Oberfläche entsteht, auf der jedes viskose Material gleiten kann.Das Unternehmen verwendet thermodynamische Algorithmen, um je nach Produkt, ob Zahnpasta oder Farbe, die sicheren Kombinationen von Feststoffen und Flüssigkeiten zu bestimmen.Das Unternehmen hat ein Robotersprühsystem gebaut, das Behälter und Tanks in der Fabrik handhaben kann.LiquiGlide spart dem Unternehmen nicht nur Produktabfälle in Millionenhöhe, sondern reduziert auch erheblich die Wassermenge, die für die regelmäßige Reinigung dieser Behälter benötigt wird, bei denen das Produkt häufig an den Wänden haftet.Erfordert eine Reinigung mit viel Wasser.Beispielsweise gibt es in der Agrochemie strenge Regeln für die Entsorgung der anfallenden giftigen Abwässer.All dies kann mit LiquiGlide beseitigt werden“, sagte Varanasi.Während viele Produktionsstätten zu Beginn der Pandemie geschlossen wurden und die Einführung von CleanTanX-Pilotprojekten in den Fabriken verlangsamt wurde, hat sich die Situation in den letzten Monaten verbessert.Varanasi verzeichnet eine wachsende Nachfrage nach der LiquiGlide-Technologie, insbesondere für Flüssigkeiten wie Halbleiterpasten.Unternehmen wie Gradant, Via Separations, VulcanForms und LiquiGlide beweisen, dass die Ausweitung der Produktion nicht mit hohen Umweltkosten verbunden sein muss.Die Fertigung hat das Potenzial, nachhaltig zu skalieren.“Als Maschinenbauer war die Fertigung schon immer der Kern unserer Arbeit.Insbesondere am MIT gab es schon immer ein Engagement für eine nachhaltige Fertigung“, sagte Evelyn Wang, Ford-Professorin für Ingenieurwissenschaften und ehemalige Vorsitzende der Maschinenbauabteilung.Unser Planet ist wunderschön.„Da Gesetze wie CHIPS und der Science Act die Produktion fördern, wird es eine wachsende Nachfrage nach Start-ups und Unternehmen geben, die Lösungen entwickeln, die die Auswirkungen auf die Umwelt verringern und uns einer nachhaltigeren Zukunft näher bringen.
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