امکانات ملی مصرف کننده از علم کاربردی برای تسریع رشد صنعت استفاده می کند

هنگامی که صنایع آمریکایی نیاز به تحقیق، آزمایش، اشکال زدایی و اصلاح یک نوآوری قبل از رسیدن به بازار دارند، بسیاری به امکانات کاربر DOE در ORNL روی می آورند.

با حمایت دفتر کارایی انرژی و انرژی های تجدیدپذیر وزارت انرژی، تأسیسات نمایشی تولید، تأسیسات فناوری فیبر کربن، مرکز تحقیقات و ادغام فناوری ساختمان، و مرکز تحقیقات حمل و نقل ملی، صنعت خصوصی و همچنین دانشگاه ها و آزمایشگاه های دیگر را به قابلیت های مورد نیاز خود دسترسی می دهند. و تلاش برای انتقال سریع فناوری های جدید از تحقیق و نمایش به استقرار در حمایت از اولویت های ملی مانند کربن زدایی.

این تسهیلات نوآوری مبتنی بر مکان را تقویت می کند، منابع ORNL را برای رفع نیازهای جامعه به کار می گیرد، مراکز منطقه ای نوآوری را پرورش می دهد، و توسعه اقتصادی و رشد شغلی را پیش می برد. صنایع از طریق همکاری فنی و قراردادهای همکاری تحقیق و توسعه یا CRADA با امکانات مصرف کننده شریک می شوند.

تا به امروز، این امکانات بیش از 140 فناوری ثبت اختراع را فعال کرده و با بیش از 700 شریک صنعتی، دانشگاه و آزمایشگاه همکاری داشته است.

بسیاری از این فناوری ها دارای مجوز از برخی از بزرگترین شرکت های کشور از جمله جنرال الکتریک، کامینز، اگزون و زایس هستند. شرکت های کوچک و نوپا نیز با امکانات مصرف کننده کار می کنند و در محل و در کنار محققان ORNL همکاری می کنند.

اثر اقتصادی

شین سان، آزمایشگاه وابسته گفت: «آنچه که تأسیساتی مانند تأسیسات نمایشی تولید یا MDF را منحصربه‌فرد می‌کند این است که ما دانشمندان و کارکنان پشتیبانی خود را در کنار کاربران داریم و به آن‌ها اجازه می‌دهیم با هم کار کنند و در عین حال به چندین رشته که همگی زیر یک سقف یکپارچه هستند، دسترسی پیدا کنند.» مدیر اداره علوم و فناوری انرژی ORNL.

سان گفت این نوع مدل‌ها نه تنها محصولات را سریع‌تر به بازار عرضه می‌کنند، بلکه توسعه نیروی کار را آموزش، آموزش و راهنمایی می‌کنند و فناوری‌های نسل بعدی را فعال می‌کنند.

وی افزود: برای مثال، ما در حال ایجاد مشارکت های استراتژیک با مدیران تجهیزات هستیم تا بتوانیم تأثیر ملی داشته باشیم. مشارکت ام دی اف به تنهایی تأثیری حدود میلیاردها دلار بر تولیدات ایالات متحده داشته است و بسیاری از استارتاپ ها را فعال کرده است.

در سال 2018، زمانی که جاناهرون جونز، کارآفرین مستقر در ناکسویل، دفتر مرکزی Volunteer Aerospace را در منطقه Hardin Valley حدود 15 دقیقه رانندگی از پردیس اصلی ORNL افتتاح کرد، او مطمئن شد که شرکت در حال رشد در نزدیکی MDF قرار دارد.

جونز زمانی که مهندس تحقیقاتی در ام دی اف بود با این مرکز کار می کرد و در مورد استفاده از فرآیند تولید افزودنی بستر پودری برای تولید قطعات و محصولات صنایع هوافضا و دفاعی تحقیق می کرد. او چهار سال را صرف تکمیل این فرآیند کرد و می‌گوید MDF به عنوان یک انکوباتور برای شرکت او عمل کرده است.

در کمتر از سه سال، جونز توانست شرکت را به هفت کارمند افزایش دهد و پنج سیستم افزودنی را که قادر به تولید قطعات بودند به آن اضافه کرد. یکی از اولین ماشین هایی که Volunteer Aerospace شروع به کار با آن کرد، Concept Laser اصلی بود، دستگاهی که جونز در زمان کار با MDF با آن آشنا شد. او خاطرنشان کرد که دسترسی به تخصص تحقیقاتی ORNL به شرکت او اجازه داده است که به سرعت رشد کند، چیزی که بدون حمایت MDF امکان پذیر نبود. رشد داوطلبانه هوافضا در نهایت منجر به خرید شرکتی در اواخر سال 2021 توسط ارائه‌دهنده راه‌حل‌های افزودنی مستقر در فلوریدا Beehive 3D, Inc.

مواجهه با چالش

محققین در این تسهیلات مصرف کننده، به واقعیت تبدیل کردن به ظاهر غیرممکن است. در آغاز همه‌گیری کووید-19 2020، محققان MDF با مرکز فناوری فیبر کربن ORNL یا CFTF و شریک صنعتی کامینز در مورد راه‌هایی برای تولید رسانه فیلتر برای ماسک‌های N95 همکاری کردند.

مرلین تئودور، رئیس گروه تولید الیاف پیشرفته ORNL، قابلیت دمیدن مذاب CFTF را به تولید پلی پروپیلن تبدیل کرد. پلی پروپیلن یک ماده غیر بافته است که به طور دائم به صورت الکترواستاتیک شارژ می شود و میلیون ها ریز فیبر روی هم قرار گرفته اند تا ذرات ویروس کوچکتر از یک میلیونیم متر را فیلتر کنند.

تئودور ظرفیت را به کامینز، تولید کننده موتور و تولید برق منتقل کرد تا این شرکت بتواند خط دمنده مذاب خود را برای تولید مواد فیلتر N95 تبدیل کند. این شرکت در نهایت به اندازه کافی مدیا فیلتر برای عرضه یک میلیون ماسک در روز ساخت.

کریستوفر هولم، مدیر فناوری‌های رسانه فیلتر کامینز می‌گوید: «ما در مورد دمیدن مذاب می‌دانستیم، اما نمی‌توانستیم بدون تعامل با ORNL شتاب کنیم. “راهنمای فنی آنها به ما کمک کرد تا در زمان کوتاهی راه اندازی و کار کنیم تا بتوانیم تقاضا را برآورده کنیم و در هنگام بحران مواد را به مشتریان خود عرضه کنیم.”

تئودور گفت: «هدف ما انتقال فناوری خود به شرکای صنعتی برای افزایش رقابت‌پذیری تولید ایالات متحده است. همچنین یک نیاز حیاتی برای کشور ما فراهم می کند، باعث رشد شغلی می شود و اقتصاد را تحریک می کند. ما کاتالیزوری هستیم که به صنعت کمک می‌کند فناوری را به مصرف‌کنندگان برساند.»

با پیشرفت همه‌گیری و در دسترس قرار گرفتن واکسن‌های کووید-19، شرکت کریر گلوبال باید نحوه نگهداری و نگهداری صحیح واکسن‌ها را هنگام حمل و نقل به مناطق روستایی و دورافتاده در یخچال بیابد. برای حل این چالش، کارشناس تولید مبرد با محققان مرکز تحقیقات و ادغام فناوری ساختمان DOE یا BTRIC در ORNL مشورت کرد.

Carrier و ORNL یک کانتینر ذخیره سازی تجاری را در محوطه دانشگاه BTRIC تبدیل کردند، جایی که آنها آزمایشاتی را برای تعیین کمترین دمایی که می توان برای طولانی ترین مدت حفظ کرد انجام دادند. شش ماه آزمایش نشان داد که یک ظرف تمام الکتریکی می تواند کنترل دقیق دما را در محدوده منفی 30 تا 35 درجه مورد نیاز برای واکسن کووید-19 ارائه دهد. با بهینه سازی چیدمان بسته ها در ظرف برای گنجاندن 20 بسته فوم پلی استایرن که هر بسته حاوی حدود 5000 دوز است، یک ظرف می تواند 100000 دوز واکسن در یخچال را حمل کند.

نادر عوض، مدیر مهندسی کریر، گفت: «از طریق همکاری با BTRIC در ORNL، ما توانستیم راه حل ذخیره سازی سرد سیار خود را که می تواند از توزیع واکسن کووید-19 پشتیبانی کند، تأیید کنیم.

ملیسا لاپسا، مدیر برنامه فناوری ساخت و ساز ORNL، گفت: «این پروژه نمونه ای از این است که چگونه خلاقیت علمی و منابع یک مرکز ملی کاربر و هماهنگی با صنعت می تواند منجر به رفع نیازهای کشور ما در یک دوره حساس شود. “محققان ما فوریت نیاز Carrier را تشخیص دادند و منابع مناسب را جمع آوری کردند تا بتوانیم به سرعت راه حل ها را ارائه دهیم.”

یک همکاری قدرتمند

کار با رهبران صنعت مانند کریر بخشی از عملیات روزانه تاسیسات مصرف کننده ملی است. در سال‌های اخیر، مرکز تحقیقات حمل‌ونقل ملی یا NTRC، با یک برند جهانی دیگر، ExxonMobil، همکاری کرده است تا یک موتور آزمایشی بی‌نظیر را راه‌اندازی کند که توسعه نسل بعدی روان‌کننده‌ها را برای صنایع دریایی امکان‌پذیر می‌کند.

اکسون یک موتور دیزل دریایی در مقیاس یک دهم به نام Enterprise را در NTRC نصب کرد. این موتور تک سیلندر با سوخت انعطاف پذیر با ارتفاع 12 فوت و وزن بیش از 16000 پوند در 625 دور در دقیقه رتبه بندی شده است تا با سرعت یک موتور در مقیاس کامل مطابقت داشته باشد. به طور کلی، همکاری ORNL و Exxon از تولید مجموعه جدیدی از سوخت‌های کم سولفور، معروف به EMF.5 خبر داد که از مشخصات سوخت دریایی مطابق با گوگرد تبعیت می‌کند.

رابرت واگنر، مدیر بخش ساختمان‌ها و حمل‌ونقل ORNL می‌گوید: «ExxonMobil به ORNL آمد زیرا ما سوخت‌ها و گازهای گلخانه‌ای را می‌شناسیم و موتورها را می‌شناسیم». تسهیلات کاربر NTRC به اکسون اجازه می‌دهد آزمایش‌های مبتنی بر موتور کنترل‌شده را انجام دهد و فاصله بین تست‌های نیمکت و تست‌های تمام موتور را پر کند. این یک همکاری به شکل گیری کل استراتژی تحقیقاتی اکسون برای توسعه روان کننده های نسل بعدی کمک کرد.

جان فوگرتی، رهبر تیم تحقیقاتی ExxonMobil گفت: «این موتور رویایی است که به حقیقت پیوسته است. ما می‌خواستیم موتورمان را اینجا بگذاریم تا تخصص اوک ریج را داشته باشیم.»

مشارکت های صنعتی همچنین یک اکوسیستم نوآوری را پرورش می دهد – چیزی که به طور منحصر به فرد برای تسهیلات مصرف کننده ملی مناسب است. بیش از 5000 شرکت به تنهایی از MDF بازدید کرده اند که منجر به بیش از 180 پروژه تحقیقاتی مشترک شده است. هر همکاری به شکل دادن چشم انداز آینده برای صنعت ایالات متحده بر اساس مشکلات و نیازهای کشف شده از طریق تحقیق و توسعه اساسی کمک می کند. در نهایت، نوآوری پرورش یافته در یک مرکز مصرف‌کننده می‌تواند به ابتکارات توسعه نیروی کار منجر شود، نه تنها شغل ایجاد می‌کند، بلکه به شکل‌گیری نسل بعدی نوآوران نیز کمک می‌کند.

به ویژه در تولید پیشرفته، سان خاطرنشان کرد که ام دی اف قصد دارد فناوری را سریعتر از آنچه رقبا می تواند کپی کند، توسعه دهد.

ما نزدیک به صد سیستم تولیدی نصب شده در MDF داریم که همگی از تولید محصولات کم مصرف با مزایایی که در سراسر اقتصاد کشور گسترش می‌یابد پشتیبانی می‌کنند. ما سیستمی از نوآوری را ایجاد و مدیریت می کنیم.