Брайан Александр из Solvay о создании высокопроизводительных полимеров для аддитивного производства

С растущим спросом на высокопроизводительные полимеры в аддитивном производстве, крупные материальные игроки расширяют свои портфолио. По мере смещения отрасли от прототипирования к серийному производству, потребность в инженерных материалах, удовлетворяющих строгие критерии производительности по автопрому, медицине, авиакосмике и другим секторам, никогда не была больше. Solvay, BASF, SABIC и другие теперь активно разрабатывают AM-специфичные полимеры.

Solvay — €10 млрд компания, гордящаяся более чем 150 годами материальной экспертизы. Представленная в ландшафте Аддитивного Производства, бельгийская фирма поставляет специальные материалы в разнообразные секторы, от автопрома к авиакосмике.

На этой неделе мы садимся с Брайаном Александром, основателем Бизнес-Инкубационной Платформы для Аддитивного Производства Специальных Полимеров Solvay, чтобы обсудить экспансию компании в AM, стратегические возможности, которые технология предлагает, и почему высокопроизводительные материалы необходимы для передового производства.

Выявление возможности аддитивного производства

К началу 2016 года аддитивное производство стало невозможным для игнорирования. Внутренние дебаты привели Solvay к установке посвященного бизнес-юнита в её дивизионе Speciality Polymers, фокусирующемся исключительно на AM.

«Аддитивное производство идеально выравнивается с основными рынками Solvay», объясняет Александр. «Мы обслуживаем высокоценные секторы, где малые серии и массовая кастомизация — норма — подумайте авиакосмика и здравоохранение — вместо массового производства миллионов деталей».

«Мы признали трансформационный потенциал AM: это могла быть угроза или возможность. Мы выбрали второе».

С ключевыми AM-технологиями вроде SLS и FFF, ставшими публичным достоянием к 2016 году, Solvay увидела расширяющийся рынок и вход новых конкурентов. Александр отмечает, что хайп, сопровождающий AM, требовал прагматичного подхода.

«В нашем первом году мы опросили топ-клиентов для измерения их AM-внедрения. В 2016 году большинство были скептичны — 'интересно, но не для массового производства'. Этот взгляд с тех пор эволюционировал».

AM требует смены мышления

Solvay Speciality Polymers, один из бизнес-юнитов группы, нанимает примерно 3500 сотрудников. «Мы предлагаем один из самых комплексных портфолио высокопроизводительных полимеров, с примерно 35 уникальными формулировками», говорит Александр.

Эти премиальные материалы продаются в меньших объемах, что хорошо выравнивается с AM-спросом на специализированные, высокоценные детали, выигрывающие от сложности технологии и экономии масштаба.

«AM требует фундаментально иного мышления по сравнению с конвенциональным производством. Вы должны перепроектировать всю цепочку создания стоимости — от материалов к дизайну, оборудованию и процессной оптимизации».

«Попытка маркетить наследие смол в AM-пространстве провалилась бы», признается Александр. «Наша цель — стать ведущим поставщиком кастом-хвоятых, AM-готовых высокопроизводительных решений».

Что это означает на практике?

«Вы должны точно понимать, что входит в машину», заявляет Александр. «Любая неконтролируемая вариабельность в цепочке поставок компромитирует процессный контроль, который критичен для квалификации материалов в нишевых рынках вроде медицинского или авиакосмического».

Дорога к разработке высокопроизводительных полимеров для аддитивного

«Аддитивное производство началось с низкопроизводительных материалов вроде PLA и ABS, подходящих для игрушек и прототипов», отмечает Александр. «Чтобы разблокировать полный потенциал AM, промышленные полимеры — вроде PEEK — требуются».

Растущий спрос на промышленные материалы отражает переход отрасли от прототип-только к серийному производству.

«Фокусировка исключительно на прототипировании пропускает выгоды AM, потому что те детали не спроектированы для аддитивных процессов», объясняет Александр. «Серийное производство требует широкого диапазона термических, механических и квалификационных данных для достижения желаемого дизайна».

Разработка AM-специфичных высокопроизводительных полимеров вызывает вызовы, учитывая разнообразие AM-технологий и обширное материальное портфолио Solvay.

В конце концов, компания выбрала Fused Filament Fabrication (FFF) как отправную точку — наиболее доступную AM-технологию.

Solvay нацелилась на два ключевых рынка для первоначального тестирования: здравоохранение, с его потребностями в массовой кастомизации, и авиакосмику, которая полагается на малосерийное производство.

«Наши вопросы были: как эти рынки сейчас используют наши материалы, и как мы можем сделать их возможными для 3D-печати?» говорит Александр. «Этот подход расширяет возможности наших клиентов за пределами традиционного производства».

PEEK и PPSU были выбраны как инаугуральные полимеры.

PEEK известен своей исключительной стабильностью, химической и температурной стойкостью и превосходным соотношением прочность-к-весу, делая его идеальным для авиационных компонентов, автоподшипников, нефти и газа, и электронных применений.

PPSU предлагает высокую теплостойкость, выдающуюся химическую и ударную стойкость и отличную относительную удлинение на разрыве, подходящую для медицинских устройств, сантехники и пищевых сервис-компонентов.

«В AM, понимание поведения материала — усадка, искривление, сцепление — необходимо», подчеркивает Александр. «Эти свойства могут быть предсказаны, если материал хорошо понят».

Solvay запустила свой Additive Manufacturing Cup в октябре 2017, приглашая студентов университетов по всему миру продемонстрировать их AM-навыки, используя PEEK-нить. Александр сообщает, результаты были «феноменальными».

«Студенты быстро инновировали, демонстрируя, что с правильной поддержкой полный потенциал технологии может быть реализован», говорит он, топливя уверенность преследовать новые avenю.

Появление новой бизнес-модели

Успех Additive Manufacturing Cup привел Solvay к переосмыслению вовлечения клиентов через новую e-commerce платформу.

«Мы отказались от закрытого-модельного подхода и открыли наши материалы для любого с кредитной картой», объясняет Александр. «Быстрые, прозрачные и справедливые цены беспрецедентны для крупной химической компании. Наша конечная цель — вдохновить следующее поколение использовать наши материалы».

Прозрачность данных ключева при обслуживании промышленных клиентов. «Другие химические компании предоставляют общие даташиты, основанные на литье под давлением деталей», отмечает Александр. «Мы публикуем комплексные данные на аддитивно-произведенных деталях, чтобы дать нашим клиентам уверенность».

Почему процессный контроль важен

Александр подчеркивает критичность процессного контроля. «Без надежного процесса или подходящего оборудования, качество детали страдает».

Для этого конца Solvay сотрудничает с 3D-принтерными производителями для выравнивания печатных профилей с полимерными спецификациями.

«Большинство промышленных пользователей ищут plug-and-play решения — материал, который можно вставить и производить последовательные детали», говорит он. «Это направление, к которому мы движемся».

Между 2017 и 2018 годами Solvay узнала, что параметры печати значительно влияют на пористость и пустоты, которые в свою очередь влияют на прочность и удлинение на разрыве. «Последовательные, гомогенные детали требуют глубокого понимания материальной обработки».

«Чтобы использовать полный потенциал AM — решетки, легковесность, консолидация деталей — вы должны понимать, как ваш материал ведет себя в сложных геометриях и оптимизировать дизайн для AM».

Роль материальной симуляции

Solvay продолжает расширять свои AM-материальные возможности.

В прошлом году компания партнерилась с e-Xstream Engineering, интегрируя высокопроизводительные полимеры Solvay в симуляционную платформу Digimat-AM.

3D-печатающая симуляция становится все более критичной для предсказания поведения детали перед печатью.

Через Digimat-AM пользователи теперь могут симулировать термомеханическую производительность полимеров Solvay во время дизайна, устраняя много проб-и-ошибок, традиционно ассоциированных с AM.

Александр объясняет цель партнерства: «Предоставление цифрового двойника нашего материала позволяет дизайнерам тестировать концепции без 24-часового цикла печати. Предиктивная симуляция добавляет значительную ценность и ускоряет тайм-ту-маркет».

Будущее AM-полимеров

Александр предлагает философскую перспективу на будущее AM.

«Я взволнован обещанием AM. Крупные компании движутся от приложение-центричного к процесс-квалификационному мышлению», говорит он. «Если процесс не надежен, деталь проваливается. Это просто».

Он отмечает, что AM будет дополнять, а не заменять традиционное производство, открывая новые возможности.

Отностительно материальных затрат, Александр остается оптимистичным. «Экономии масштаба — текущий вызов, и цены высоки сегодня. По мере роста объемов и диверсификации применений, цены упадут».

2019 год будет пивотным, пока Solvay работает на квалификации своих аддитивных процессов. «Мы нацеливаемся на партнерство с 10–15 коммерческими принтерами для обеспечения последовательной печати наших полимеров», говорит он.

Solvay также преследует дальнейшие коллаборации, особенно в передовых материалах и других AM-технологиях вроде SLS и Multi-Jet Fusion, и с ключевыми OEM, готовыми инвестировать в разрушительные решения.

Чтобы узнать больше о Solvay, посетите Solvay.

— — —

Экспертные Интервью

Серия Экспертных Интервью AMFG показывает инновационные компании и индивидуумов, формирующих будущее аддитивного производства. Для большей информации о участии, контактируйте marketing@amfg.ai.