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생산은 한여름에 이루어졌습니다.지난 8월 발효된 칩 및 과학법(Chips and Science Act)은 미국 국내 제조에 대한 막대한 투자를 의미합니다.이 법안은 미국 ​​반도체 산업을 실질적으로 확장하고, 공급망을 강화하며, 새로운 기술 혁신을 달성하기 위한 연구 개발에 투자하는 것을 목표로 합니다.MIT(Massachusetts Institute of Technology) 기계 공학 교수이자 제조 및 생산성 연구소 소장인 John Hart에 따르면, 칩 법안은 최근 몇 년 동안 제조업체의 관심이 눈에 띄게 증가한 최근 사례일 뿐입니다.공급망, 글로벌 지정학, 지속 가능한 개발의 관련성과 중요성에 대한 전염병의 영향”이라고 Hart는 말했습니다.산업 기술의 혁신.“제조에 대한 관심이 높아지면서 지속 가능성을 우선시해야 합니다.2020년 전체 온실가스 배출량의 약 4분의 1은 산업과 제조업에서 발생합니다.공장은 또한 지역 물 공급을 고갈시키고 엄청난 양의 폐기물을 생산할 수 있으며, 그 중 일부는 독성이 있을 수 있습니다.이러한 문제를 해결하고 저탄소 경제로의 전환을 위해서는 지속가능한 생산기술과 함께 새로운 제품과 산업공정의 개발이 필요합니다.Hart는 기계 엔지니어가 이러한 과도기적 역할에서 중요한 역할을 한다고 믿습니다.MIT 기계공학과 교수이자 졸업생인 Hart는 "기계 엔지니어는 차세대 하드웨어 기술이 필요한 중요한 문제를 해결하는 고유한 능력을 갖고 있으며 솔루션을 확장하는 방법을 알고 있습니다."라고 말했습니다.환경 문제에 대한 솔루션을 제공하여 보다 지속 가능한 미래를 위한 길을 닦습니다.Gradun: Cleantech Water Solutions 제조에는 물이 많이 필요합니다.중형 반도체 제조 공장에서는 하루에 천만 갤런이 넘는 물을 사용합니다.세계는 점점 더 가뭄으로 고통 받고 있습니다.Gradiant는 이 물 문제에 대한 솔루션을 제공합니다. 이 회사는 Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 및 Prakash Govindan PhD '12 공동 창립자이자 지속 가능한 물 또는 "청정 기술" 프로젝트의 선구자가 이끌고 있습니다.Rosenova Kendall의 이름을 딴 열전달 연구소의 대학원생인 Bajpayee와 Govindan은 실용주의와 행동에 대한 성향을 공유합니다.인도 첸나이의 극심한 가뭄 동안 Govindan은 박사 과정을 위해 비의 자연 순환을 모방하는 가습-제습 기술을 개발했습니다.CGE(Carrier Gas Extraction)라고 부르는 기술로 2013년 두 사람은 Gradient를 설립했습니다.CGE는 들어오는 폐수의 품질과 양의 가변성을 고려하는 독점 알고리즘입니다.알고리즘은 Govindan이 자신의 상사를 기리기 위해 Linhard 수라고 부르자고 제안한 무차원 수를 기반으로 합니다.시스템의 수질이 변하면 우리 기술은 자동으로 유속을 조정하는 신호를 보내 무차원 수를 1로 되돌립니다. 일단 값이 1로 돌아오면 최상의 상태를 유지할 수 있습니다.”라고 Gradiant의 COO인 Govindan은 설명했습니다. .이 시스템은 재사용을 위해 제조 공장의 폐수를 처리하고 처리하여 궁극적으로 연간 수백만 달러의 물을 절약합니다.회사가 성장함에 따라 Gradiant 팀은 특정 오염물질만 제거하는 경제적인 방법인 선택적 오염물질 추출과 염수 농축 방법인 역류 역삼투라는 공정을 포함하여 새로운 기술을 무기고에 추가했습니다.이제 그들은 제약, 에너지, 광업, 식품 및 음료, 성장하는 반도체 산업 등의 산업 분야 고객을 위해 수처리 및 폐수를 위한 완전한 기술 솔루션 세트를 제공합니다.“저희는 종합 물 공급 솔루션 제공업체입니다.우리는 다양한 독점 기술을 보유하고 있으며 고객의 요구에 따라 화살통 중에서 선택할 것입니다.”라고 Gradiant의 CEO인 Bajpayee는 말했습니다.“고객들은 우리를 물 파트너로 여깁니다.우리는 고객이 핵심 사업에 집중할 수 있도록 처음부터 끝까지 물 문제를 해결해 드립니다.“Gradun은 지난 10년 동안 폭발적인 성장을 경험했습니다.현재까지 그들은 하루에 500만 가구에 해당하는 물을 처리하는 450개의 물 및 폐수 처리장을 건설했습니다.최근 인수를 통해 총 직원 수는 500명 이상으로 늘어났습니다.솔루션은 Pfizer, Anheuser-Busch InBev 및 Coca-Cola를 포함한 고객에게 반영됩니다.그들의 고객에는 Micron Technology, GlobalFoundries, Intel 및 TSMC와 같은 거대 반도체 기업도 포함됩니다.”반도체용 폐수와 초순수가 정말 늘어났습니다.”라고 Bajpayee는 말했습니다.반도체 제조업체는 물을 생산하기 위해 초순수를 필요로 합니다.식수와 비교한 총 용존 고형물은 수백만 분의 1 수준입니다.전자와 달리 마이크로칩 제조에 사용되는 물의 양은 10억분의 1에서 1조분의 1 사이입니다. 현재 싱가포르의 반도체 제조 공장(또는 공장)의 평균 재활용률은 43%에 불과합니다. 저희의 Ge C 기술을 사용하면, 이들 공장은 생산 단위당 필요한 천만 갤런의 물 중 98~99%를 재활용할 수 있습니다.이 재활용된 물은 제조 공정에 다시 들어갈 수 있을 만큼 깨끗합니다.”우리는 이러한 오염된 물 배출을 제거하여 반도체 공장의 공공 용수 공급에 대한 의존도를 사실상 제거했습니다.”Bajpayee In, fabry ci는 물 사용을 개선해야 한다는 압박을 점점 더 많이 받고 있어 지속 가능성이 매우 중요합니다.분리를 통해 더 많은 미국 공장으로: Bajpayee 및 Govindan과 같은 효율적인 화학 여과, Shreya Dave '09, SM '12, PhD '16 박사 과정에서 담수화에 중점을 두었습니다.Dave는 지도교수이자 재료과학 및 공학 교수인 Jeffrey Grossman의 지도 하에 보다 효율적이고 저렴한 담수화를 제공할 수 있는 막을 제작했습니다.비용과 시장을 면밀히 분석한 후 Dave는 자신의 담수화 멤브레인이 상용화될 수 없다는 결론을 내렸습니다.“현대 기술은 자신이 하는 일에 정말 뛰어납니다.하다.가격이 저렴하고 대량 생산되며 작동이 매우 좋습니다.우리 기술을 위한 시장은 없었습니다.”라고 Dave는 말했습니다.자신의 논문을 옹호한 직후 그녀는 모든 것을 변화시킨 Nature 저널의 리뷰 기사를 읽었습니다.기사에서 문제가 확인되었습니다.많은 산업 공정의 핵심인 화학적 분리에는 많은 에너지가 필요합니다.업계에서는 보다 효율적이고 저렴한 멤브레인이 필요합니다.Dave는 자신에게 해결책이 있을 것이라고 생각했습니다.경제적 기회가 있음을 확인한 Dave, Grossman, PhD '16인 Brent Keller는 2017년에 Via Separations를 만들었습니다. 그 직후 그들은 MIT로부터 벤처 캐피털 자금을 받은 최초의 회사 중 하나로 Engine을 선택했습니다.현재 산업용 여과는 화학물질을 매우 높은 온도로 가열하여 화합물을 분리하는 방식으로 수행됩니다.Dave는 파스타를 만들기 위해 증발할 때까지 모든 물을 끓이는 것에 비유하고 남은 것은 스파게티입니다.생산 시 이러한 화학적 분리 방법은 에너지 집약적이고 비효율적입니다.Via Separations는 "파스타 필터" 제품과 화학적으로 동등한 제품을 만들었습니다.열을 사용하여 분리하는 대신 멤브레인이 화합물을 "필터링"합니다.이 화학적 여과 방법은 표준 방법보다 90% 적은 에너지를 소비합니다.대부분의 멤브레인은 폴리머로 만들어지는 반면 Via Separations 멤브레인은 산화된 그래핀으로 만들어져 고온과 열악한 환경을 견딜 수 있습니다.멤브레인은 기공 크기와 표면 화학 조정을 변경하여 고객 요구에 맞게 보정됩니다.현재 Dave와 그녀의 팀은 펄프 및 제지 산업을 거점으로 삼고 있습니다.그들은 "흑액"으로 알려진 물질을 보다 에너지 효율적으로 재활용하는 시스템을 개발했습니다.종이, 바이오매스의 1/3만이 종이에 사용됩니다.현재 폐지의 나머지 2/3를 가장 유용하게 사용하는 방법은 증발기를 사용하여 물을 끓여 매우 묽은 흐름에서 매우 농축된 흐름으로 바꾸는 것입니다.”라고 Dave는 말했습니다.생산된 에너지는 여과 과정에 전력을 공급하는 데 사용됩니다.”이 폐쇄형 시스템은 미국에서 많은 에너지를 소비합니다.Dave는 가마솥에 "스파게티 그물"을 놓으면 이를 수행할 수 있다고 덧붙입니다.VulcanForms: 산업 규모 적층 제조 그는 적층 가공(AM)으로 더 잘 알려진 3D 프린팅 과정을 가르치고 있습니다.당시 그의 주요 관심사는 아니었지만 연구에 집중했지만 그 주제가 흥미로웠다.Martin Feldmann MEng '14를 포함하여 수업의 많은 학생들도 마찬가지였습니다.Feldmann은 첨단 제조 분야의 석사 학위를 취득한 후 Hart의 연구 그룹에 정규직으로 합류했습니다.그곳에서 그들은 AM에 대한 상호 이익을 위해 결속을 맺었습니다.그들은 분말층 레이저 용접으로 알려진 검증된 적층 금속 제조 기술을 사용하여 혁신할 수 있는 기회를 확인하고 적층 금속 제조 개념을 산업 규모로 가져올 것을 제안했습니다.2015년에 그들은 VulcanForms를 설립했습니다.Hart는 “우리는 뛰어난 품질과 생산성을 갖춘 부품을 생산하기 위해 AM 기계 아키텍처를 개발했습니다.”라고 말했습니다."그리고 우리.당사의 기계는 적층 제조, 후처리 및 정밀 가공을 결합한 완전한 디지털 제조 시스템에 통합되었습니다.“부품을 만들기 위해 3D 프린터를 다른 회사에 판매하는 다른 회사와 달리 VulcanForms는 다양한 차량을 사용하여 산업 기계 부품을 만들고 고객에게 판매합니다.VulcanForms는 직원이 거의 400명에 달하는 규모로 성장했습니다.이 팀은 작년에 첫 생산을 시작했습니다."VulcanOne"이라는 벤처 회사입니다.VulcanForms에서 생산되는 부품의 품질과 정밀도는 의료용 임플란트, 열 교환기, 항공기 엔진과 같은 제품에 매우 중요합니다.그들의 기계는 금속의 얇은 층을 인쇄할 수 있습니다.회사 이사회 구성원인 Hart는 “우리는 제조하기 어렵거나 어떤 경우에는 제조가 불가능한 부품을 생산합니다.”라고 덧붙였습니다.VulcanForms에서 개발한 기술은 적층 공정을 통해 직접적으로 또는 보다 효율적이고 유연한 공급망을 통해 간접적으로 보다 지속 가능한 방식으로 부품과 제품을 생산하는 데 도움이 될 수 있습니다. VulcanForms와 AM이 전체적으로 지속 가능성에 기여하는 방법 중 하나는 다음과 같습니다. 재료 절약. 티타늄 합금과 같이 VulcanForms에 사용되는 많은 재료에는 많은 에너지가 필요합니다.티타늄 부품을 사용하면 기존 가공 공정보다 훨씬 적은 양의 재료를 사용하게 됩니다.Hart는 재료 효율성을 통해 AM이 에너지 절약 측면에서 큰 변화를 만들어낸다고 생각합니다.Hart는 또한 AM이 보다 효율적인 제트 엔진부터 미래의 핵융합로에 이르기까지 청정 에너지 기술의 혁신을 가속화할 수 있다고 지적합니다. “위험을 줄이고 청정 에너지 기술을 확장하려는 기업에는 전문 지식과 고급 제조 역량에 대한 접근이 필요하며, 산업용 적층 제조는 이 점에서 혁신적입니다.”라고 Hart는 덧붙입니다.제품: 마찰.기계 공학 교수 Kripa Varanasi와 LiquiGlide 팀은 마찰 없는 미래를 만들고 그 과정에서 낭비를 크게 줄이는 데 최선을 다하고 있습니다.2012년 바라나시(Varanasi)와 David Smith SM '11 졸업생이 설립한 LiquiGlide는 액체가 표면 위로 "미끄러지는" 특수 코팅을 개발했습니다.치약 튜브에서 짜내거나 공장에서 500리터 병에서 물기를 빼낸 제품의 모든 방울은 사용됩니다.마찰이 없는 용기는 제품 폐기물을 대폭 줄이고 재활용 또는 재사용 전에 용기를 청소할 필요가 없습니다.회사는 소비재 부문에서 큰 진전을 이루었습니다.Colgate 고객은 여러 업계 디자인 상을 수상한 Colgate Elixir 치약 병 디자인에 LiquiGlide 기술을 사용했습니다.LiquiGlide는 세계적으로 유명한 디자이너 Yves Behar와 파트너십을 맺고 그들의 기술을 미용 및 개인 제품 포장 위생에 적용했습니다.동시에 미국 식품의약국(FDA)은 이들에게 마스터 장치를 제공했습니다.바이오의약품 애플리케이션은 기회를 창출합니다.2016년에 이 회사는 마찰 없는 컨테이너 생산 시스템을 개발했습니다.저장 탱크, 깔때기 및 호퍼의 표면 처리로 재료가 벽에 달라붙는 것을 방지합니다.이 시스템은 재료 낭비를 최대 99%까지 줄일 수 있습니다.“이것은 정말로 게임 체인저가 될 수 있습니다.이는 제품 폐기물을 절약하고, 탱크 청소로 인한 폐수를 줄이며, 제조 공정에서 폐기물이 발생하지 않게 만드는 데 도움이 됩니다.”라고 LiquiGlide 회장인 Varanasi는 말했습니다.용기 표면.용기에 바르면 윤활유가 여전히 텍스처에 흡수됩니다.모세관력은 안정화되고 액체가 표면 위로 퍼지도록 하여 점성 물질이 미끄러질 수 있는 영구적인 윤활 표면을 만듭니다.이 회사는 열역학 알고리즘을 사용하여 치약이든 페인트이든 제품에 따라 고체와 액체의 안전한 조합을 결정합니다.이 회사는 공장에서 컨테이너와 탱크를 처리할 수 있는 로봇 스프레이 시스템을 구축했습니다.LiquiGlide는 회사의 수백만 달러에 달하는 제품 폐기물을 절약할 뿐만 아니라 제품이 종종 벽에 달라붙는 용기를 정기적으로 청소하는 데 필요한 물의 양을 크게 줄입니다.다량의 물로 청소가 필요합니다.예를 들어, 농화학에서는 생성된 독성 폐수 처리에 대한 엄격한 규칙이 있습니다.LiquiGlide를 사용하면 이 모든 것을 제거할 수 있습니다.”라고 Varanasi는 말했습니다.많은 제조 공장이 팬데믹 초기에 문을 닫아 공장에서 CleanTanX 파일럿 프로젝트의 출시가 느려졌지만 최근 몇 달 동안 상황이 개선되었습니다.바라나시는 특히 반도체 페이스트와 같은 액체에 대한 LiquiGlide 기술에 대한 수요가 증가하고 있는 것으로 보고 있습니다.Gradant, Via Separations, VulcanForms 및 LiquiGlide와 같은 회사는 생산 확대가 엄청난 환경 비용을 초래할 필요가 없음을 입증하고 있습니다.제조업은 지속 가능한 규모로 확장할 수 있는 잠재력을 갖고 있습니다.”기계 엔지니어, 제조는 항상 우리 작업의 핵심이었습니다.특히 MIT에서는 제조를 지속 가능하게 만들겠다는 약속이 항상 있었습니다.”라고 Ford의 공학 교수이자 기계 공학과의 전 학과장인 Evelyn Wang이 말했습니다.우리 행성은 아름답습니다.“CHIPS 및 과학법과 같은 법률이 제조를 장려함에 따라 환경 영향을 완화하는 솔루션을 개발하는 스타트업 및 기업에 대한 수요가 증가하여 우리를 더욱 지속 가능한 미래에 더 가까이 다가갈 것입니다.
MIT 동문, 전 세계 과학 출판 촉진을 위한 플랫폼 구축
MIT 전문가들이 함께 모여 신경기술의 발전에서 영감을 얻습니다