چشم انداز بازار کار برای مهندسان مواد در دهه آینده

مقدمه مقدماتی

بازار کار برای مهندسان مواد در طول دهه آینده برای تحول قابل توجهی آماده شده است، زیرا صنایع به سمت پایداری، دیجیتال سازی و تولید پیشرفته، تقاضا برای متخصصان که می توانند طراحی، آزمایش و پیاده سازی مواد جدید رشد خواهد کرد، درک این تغییرات برای دانش آموزان نقشه برداری آموزش و پرورش خود و برای مهندسین مراقبت های متوسط برنامه ریزی بعدی خود ضروری است. این مقاله ارائه می دهد یک داده محور به چالش های تعریف، و مواد مهندسی مواد است که از طریق 2035 حرفه ای که مهندسی مواد خواهد کرد.

چشم انداز فعلی و نیروهای رانندگی

مهندسان مواد مدت ها است که ستون فقرات نوآوری در بخش های مختلف از هوافضا تا الکترونیک مصرف کننده بوده اند.امروز این زمینه توسط چندین نیروی قدرتمند تغییر شکل می گیرد:

• تخصیص قابلیت نگهداری [FLT 1]: دولت ها و شرکت ها به طور تهاجمی کاهش کربن را هدف قرار می دهند، تقاضای پلیمرهای تجزیه و تحلیل شده، آلیاژهای سبک و کامپوزیت های قابل بازیافت را فشار می دهند.
• بلوغ فناوری نانو؛ نانو مواد از حساسیت های آزمایشگاهی به محصولات تجاری در پوشش، باتری و دستگاه های پزشکی حرکت می کنند.
• دوقلو و شبیه سازی دیجیتال: علم مواد محاسباتی در حال حاضر اجازه می دهد تا مهندسان هزاران ترکیب را به طور مجازی، سرعت بخشیدن به چرخه های توسعه، نمایش دهند.
• بازسازی تولید پیشرفته : اختلالات زنجیره تامین تولید تولید داخلی نیمه هادی ها، باتری ها و فلزات تخصصی را برانگیخته است، ایجاد نقش های مهندسی جدید.

طبق گزارش دفتر آمار کار ایالات متحده ، انتظار می رود مهندسان مواد در سال 2023 حدود 26،000 شغل داشته باشند، با بزرگترین کارفرمایان در حال تحقیق و توسعه خدمات، تولید نیمه هادی و تولید قطعات تولید قطعات محصول هوافضا.

رشد شغلی و تقاضا

پروژه های BLS استخدام مهندسان مواد رشد خواهد کرد (FLT:0 (5 تا 7٪ از 2023 تا 2033 ، در مورد به سرعت به عنوان متوسط برای تمام مشاغل.

• مشاغل در باتری و تولید ذخیره سازی انرژی می توانند با 15-20٪ در همان دوره رشد کنند، که توسط استفاده از وسایل نقلیه الکتریکی هدایت می شود.
• انتظار می رود که نقش های مواد نیمه هادی (FLT:0) و رشد (FLT:1) را ببینند، زیرا ساخت تراشه بیشتر مواد فشرده می شود.
• صنایع سنگین سنتی (خلاق، پتروشیمی) ممکن است رشد آهسته تر یا مسطح را به عنوان خودکار و تثبیت ببینند.

از نظر جغرافیایی، نقاط جهان شامل جنوب شرقی ایالات متحده (battery gigafactories)، شمال غربی اقیانوس آرام (مسلمانان کننده خوشه)، و Mid (راه تولید پیشرفته) در حال افزایش انرژی های خاورمیانه در بخش های اروپای غربی و بخش های تجدید پذیر در بخش های اروپای غربی است.

عوامل سوخت

چندین راننده خاص در حال ایجاد بازهای پایدار برای مهندسان مواد هستند:

• توسعه مواد پایدار ؛ شرکت ها در حال رقابت برای جایگزینی پلاستیک های مبتنی بر سوخت فسیلی با گزینه های مشتق شده از زیست و برای طراحی فرآیندهای بازیافت حلقه بسته هستند.
• پیشرفت در نانوتکنولوژی و کامپوزیت: از بتن گرافن-در حال اجرا تا پلیمرهای خود را بهبود بخشد، نانومواد وارد تولید تجاری می شوند، که نیازمند استعداد مهندسی تخصصی است.
• [FLT: 1 ] بهره وری پنل خورشیدی بستگی به فتوولتائیک های جدید دارد؛ توربین های بادی نیاز به کامپوزیت های تیغه های سبک تر و قوی تر دارند؛ ذخیره سازی هیدروژن به هیدروکسید های فلزی و آلیاژهای پیشرفته متکی است.
• افزایش تقاضا برای مواد سبک وزن در حمل و نقل : تولید کنندگان خودرو و هوافضا فولاد را با کامپوزیت های کربن فیبر و آلیاژهای آلومینیوم پیشرفته برای پاسخگویی به سطح سوخت و استانداردهای انتشار گازهای گلخانه ای جایگزین می کنند.
• [FLT: 1 ] [FLT:] وسایل نقلیه مافوق صوت، زره نسل بعدی و زیستگاه های ماه همه نیاز به مواد که مقاومت در برابر دما و تابش شدید.

صنایع کلیدی و برنامه های کاربردی

مهندسان مواد فرصت های زیادی را در طیف گسترده ای از صنایع پیدا خواهند کرد که هر کدام با چالش های مادی متمایز مواجه هستند:

فضا و دفاع

مهندسان مواد در این بخش آلیاژهای با دمای بالا برای موتورهای جت، کامپوزیت های ماتریس سرامیک برای سیستم های حفاظت حرارتی و مواد ساختاری سبک برای فریم های هوا را توسعه می دهند. فشار به سوخت حمل و نقل هوایی پایدار و خروجی عمودی الکتریکی (eVTOL) هواپیما ایجاد نقش های تحقیقاتی جدید است. شرکت هایی مانند NASA و پیمانکاران اصلی استفاده از مواد افزودنی و فن آوری های پوشش متمرکز به طور منظم.

الکترونیک و نیمه هادی

صنعت نیمه هادی متکی به مهندسان مواد برای اصلاح مواد مخدر، مواد دی الکتریک و فلزات اتصال به عنوان زمین شناسی تراشه کوچک است، با قانون CHIPS بودجه جدید در ایالات متحده، تقاضا برای مهندسان ماهر در رسوب نازک فیلم، برنامه ریزی شیمیایی و ادغام فرآیند است.

انرژی های تجدید پذیر و ذخیره سازی

تحقیقات باتری یک منطقه رشد عمده است. مهندسین در کاتهود و مواد آلوده، الکترولیت های جامد و شیمیدانان لیتیوم-اسulfur کار می کنند.در خورشیدی، سلول های خورشیدی Perovskite وعده گزینه های ارزان قیمت برای انرژی باد سیلیکون نیاز به مواد است که مقاومت در برابر خستگی و خوردگی در محیط های دریایی.

پزشکی و بهداشت و درمان

مهندسان بیو مواد طراحی دستگاه های ایمپلنت، سیستم های تحویل دارو و داربست بافت.پیشرفت در 3D bioprinting و پلیمر های قابل بازیافت برنامه های بالینی باز می کنند. جمعیت جهانی پیری همچنان به تقاضا برای جایگزینی لگن و زانو، ایمپلنت های دندانی و پوشش های سازگار که خطر ابتلا به عفونت را کاهش می دهد، ادامه می دهد.

مهارت های ضروری و Pathways آموزشی

برای رشد در این چشم انداز در حال تحول، مهندسان مواد باید ترکیبی از دانش پایه و توانایی های در حال ظهور را پرورش دهند.

رقابت های فنی Core

• [FLT: 1 ] [FLT: ترمودینامیک، اقوام، تحولات مرحله ای و رفتار مکانیکی مواد ضروری هستند.
• مشخصات سازی ؛ تجربه دست با اسکن میکروسکوپ الکترون (SEM)، اکس-ray diffraction (XRD) و تجهیزات تست مکانیکی از اکثر فارغ التحصیلان انتظار می رود.
• طراحی کامپیوتری (CAD) و تجزیه و تحلیل عناصر محدود (FEA) ؛ ابزارهایی مانند SolidWorks، Abaqus و COMSOL روزانه برای مدل سازی عملکرد مواد استفاده می شوند.

مهارت های نوظهور

• ] علم داده و یادگیری ماشین: مواد Analytic از AI برای پیش بینی خواص مواد و سرعت کشف استفاده می کند. آشنایی با پایتون، TensorFlow و پایگاه داده های مواد (به عنوان مثال، پروژه مواد) به طور فزاینده ای ارزشمند است.
• ] علوم محاسباتی : تئوری عملکردی چگالی (DFT) و شبیه سازی دینامیک مولکولی اجازه می دهد تا غربالگری مجازی از آلیاژها و پلیمرها قبل از سنتز آزمایشگاه.
• تولید اضافی (3D چاپ) : درک پارامترهای چاپ، مواد خوراک و پس پردازش یک عامل متفاوت در بخش های هوافضا، پزشکی و خودرو است.
• ارزیابی چرخه عمر پایدار : مهندسان که می توانند ردپای کربن، بازیافت و اخلاق زنجیره تامین را ارزیابی کنند، ابتکارات سبز- مادی را هدایت می کنند.

آموزش و گواهینامه

مدرک لیسانس در علوم مواد و مهندسی، مهندسی مکانیک یا مهندسی شیمی، نیاز معمول ورود به سطح است. درجه فارغ التحصیل (master یا Ph.D.) برای نقش های تحقیق و توسعه، به ویژه در نانوتکنولوژی و بیوتکنولوژی گواهی نامه های حرفه ای می تواند اعتبار:

• مجوز مهندسی حرفه ای [PE] [FLT 1]: توصیه برای کسانی که در پروژه های مشاوره یا زیرساخت عمومی توصیه می شود.
• اعتبار بین المللی [FLT: جامعه آمریکایی برای مواد دوره های در متالورژی، درمان گرما و تجزیه و تحلیل شکست ارائه می دهد.
• مواد و علوم حرفه ای (CMaSP) ؛ ارائه شده توسط انجمن علوم مواد و فناوری مواد.

چالش های در افق

علی رغم چشم انداز مثبت، مهندسان مواد با موانع قابل توجهی مواجه خواهند شد:

• حل های تکنولوژیکی رپید : مهارت هایی که امروز ارزشمند هستند (به عنوان مثال، کار با یک آلیاژ خاص) ممکن است کمتر به عنوان مواد جدید جایگزین یادگیری مداوم غیر قابل مذاکره باشد.
• فشارهای احتمالی : توسعه مواد واقعا پایدار اغلب نیازمند تجدید نظر در کل زنجیره تامین، یک مهندسی پیچیده و چالش کسب و کار است.
• ] رقابت جهانی ]: بسیاری از مشاغل مهندسی مواد به کشورهایی با هزینه های پایین تر کار برون سپاری شده اند. مهندسین در مناطق با هزینه بالا باید بر طراحی با ارزش بالا و R&D تمرکز کنند.
• نوسانات چشمگیر ؛ دولت و هزینه های R&D شرکت می توانند با چرخه های اقتصادی نوسان کنند، و بر ثبات شغلی در نقش های تحقیقاتی تاثیر بگذارند.
• ملاحظات تجربی: مهندسان مواد باید اثرات زیست محیطی و اجتماعی معدن، پردازش و دفع مواد پیشرفته را هدایت کنند.

استراتژی های موفقیت شغلی

برای قرار دادن خود در دهه آینده، مهندسان مواد باید یک رویکرد پیشگیرانه اتخاذ کنند:

• تخصص در یک منطقه رشد [FLT 1]: در نظر بگیرید تمرکز بر مواد باتری، بسته بندی نیمه هادی، یا مواد زیستی. این زمینه ها رشد حقوق و دستمزد بالاتر و در دسترس بودن شغل ارائه می دهند.
• ساخت مهارت های متقابل عملکردی ؛ تخصص فنی هوای با مدیریت پروژه، ارتباطات و کسب و کار، بسیاری از نقش های ارشد نیاز به تیم های پیشرو و ارتباط با مشتریان یا تنظیم کنندگان.
• کارآموزی و تعاونی : تجربه دست در یک تولید یا محیط R&D اغلب ارزشمندتر از دوره های آموزشی است.
• [[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱]] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [۳] [۳] [۳]] [۳] [FLT: ۴] مواد پیشرفته و [FLT: ۶ASM [ [ خبرنامه] در کنفرانس هایی مانند TMS یا اجلاس سالانه [در پاییز و یا [نحل] [نحل] [ن [نحل] [و [نحل] [و [و [نحل] [نحل] [و [نحل] [نحل]؛ و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و [و] [و [و] [و [و [و [و] [و] [و] [و [و] [و] [و [و [و [و [و [نحل] [و [و [نحل] [نحل] [نحل] [و] [و [و [و
• اعتبار دوگانه : درجه ترکیبی در مهندسی مواد و علوم داده، و یا مواد و کسب و کار، می تواند درب ها را به نقش در تقاطع فن آوری و استراتژی باز کند.
• شبکه با سازمان های حرفه ای ؛ پیوستن به گروه هایی مانند جامعه سرامیک آمریکا، مواد معدنی، فلزات وamp؛ جامعه مواد (TMS)، یا فصول ASM محلی می تواند منجر به فرصت های شغلی و مربی.

نتیجه گیری

دهه بعد وعده بازار کار پویا و با ارزش برای مهندسان مواد را داد.همانطور که جهان با تغییرات آب و هوایی، محدودیت منابع و نیاز به فن آوری های نسل بعدی مواجه است، این حرفه در مرکز مهندسان نوآوری خواهد بود که یک پایه فنی قوی را با سازگاری، مهارت های دیجیتال و تعهد به پایداری پیدا خواهد کرد فرصت های زیادی برای شکل دادن به مواد که آینده ما را تعریف می کنند و سرمایه گذاری آگاهانه در صنایع پایدار می تواند نه تنها منجر به پیشرفت مداوم، بلکه همچنین می شود.