Solvayブライアン・アレクサンダー氏に聞く：積層造形向け高性能ポリマー構築

積層造形における高性能ポリマー需要が加速する中、主要材料プレイヤーがポートフォリオを拡充しています。業界がプロトタイピングからシリアル生産へシフトする中、自動車、医療、航空宇宙、その他セクターで厳格な性能基準を満たすエンジニアリンググレード材料の必要性はかつてなく高まっています。Solvay、BASF、SABIC等がAM専用ポリマーの積極開発を進めています。

Solvayは150年以上の材料専門知識を誇る100億ユーロ企業。積層造形ランドスケープに掲載されるベルギー企業は、自動車から航空宇宙まで多様なセクターへ特殊材料を供給しています。

今週、Solvay Speciality Polymers積層造形ビジネスインキュベーションプラットフォーム創設者ブライアン・アレクサンダー氏と対談し、同社のAM参入、技術がもたらす戦略的機会、先進製造に高性能材料がなぜ不可欠かを議論します。

積層造形の機会を捉える

2016年初頭までに、積層造形は無視できない存在となりました。社内検討を経て、SolvayはSpeciality Polymers部門内にAM専門の専用ビジネスユニットを設立しました。

「積層造形はSolvayのコア市場と完璧に整合します」とアレクサンダー氏は説明します。「我々は、数百万個の大量生産ではなく、少量シリーズとマスカスタマイゼーションが常態であるハイバリューセクター——航空宇宙とヘルスケア——にサービスを提供しています。」

「AMの変革的潜在力を認識しました：脅威にも機会にもなり得る。我々は後者を選びました。」

SLSやFFFといった主要AM技術が2016年までにパブリックドメインへ移行したことで、Solvayは市場拡大と新規競合参入を見ました。アレクサンダー氏はAMに伴う誇大広告には実用的アプローチが必要だったと指摘します。

「初年度にトップ顧客を調査しAM採用度を測りました。2016年時点では多くが懐疑的——『面白いが量産向けではない』。その見方は以来進化しました。」

AMにはマインドセットの転換が必要

グループのビジネスユニットの一つであるSolvay Speciality Polymersは約3,500名を雇用。「約35種類の異なる処方を持つ、最も包括的な高性能ポリマーポートフォリオの一つを提供しています」とアレクサンダー氏。

これらプレミアム材料は少量販売され、AMの複雑性と規模の経済性から恩恵を受ける特殊・高付加価値パーツへの需要とよく整合します。

「AMは従来製造と根本的に異なるマインドセットを要求します。材料から設計、設備、プロセス最適化まで、バリューチェーン全体を再設計しなければなりません。」

「レガシーレジンをAM分野で販売しようとしても失敗したでしょう」とアレクサンダー氏は認めます。「目標は、カスタムテーラード、AMレディな高性能ソリューションのリーディングサプライヤーになることです。」

実践では何が必要か？

「機械に何が投入されるかを正確に理解しなければなりません」とアレクサンダー氏は述べます。「サプライチェーンの非制御変動はプロセス制御を損なう——医療や航空宇宙のようなニッチ市場で材料を適格化する上で極めて重要です。」

積層造形向け高性能ポリマー開発への道筋

「積層造形はPLAやABSのような低性能材料で始まり、玩具とプロトタイプに適していました」とアレクサンダー氏は指摘します。「AMの完全な潜在力を解き放つには、PEEKのような産業グレードポリマーが必要です。」

産業グレード材料への需要増大は、業界がプロトタイプオンリーからシリアル生産へ移行していることを反映します。

「プロトタイピングのみに焦点を当てるとAMのメリットを逃します。それらパーツは積層プロセス向けに設計されていないからです」とアレクサンダー氏は説明します。「シリアル生産には、目標設計を達成するための幅広い熱的、機械的、適格性データが必要です。」

AM専用高性能ポリマー開発は、多様なAM技術とSolvayの広範な材料ポートフォリオを考慮すると困難を伴います。

最終的に、同社は最もアクセスしやすいAM技術である熱溶解積層法（FFF）を出発点に選択しました。

Solvayは初期テスト向けに2つの主要市場をターゲットにしました：マスカスタマイゼーションニーズを持つヘルスケア、少量シリーズ生産に依存する航空宇宙。

「これら市場が現在どう当社材料を使っているか、どう3Dプリント向けにイネーブルできるか？」とアレクサンダー氏。「このアプローチで顧客の能力を従来製造を超えて拡張します。」

PEEKとPPSUを最初のポリマーとして選択。

PEEKは卓越した安定性、耐薬品性・耐温度性、優れた強度重量比で知られ、航空機コンポーネント、自動車ベアリング、石油・ガス、電子用途に最適。

PPSUは高耐熱性、優れた耐薬品性・耐衝撃性、破断時優れた伸びを提供し、医療デバイス、配管、食品サービスコンポーネントに適しています。

「AMでは材料挙動——収縮、反り、凝集性——の理解が不可欠です」とアレクサンダー氏は強調します。「材料がよく理解されていれば、これら特性は予測可能です。」

Solvayは2017年10月、積層造形カップを発足し、世界中の大学生にPEEKフィラメントを用いたAMスキル披露を招待。アレクサンダー氏によれば結果は「現象的」でした。

「学生たちが迅速にイノベートし、適切なサポートがあれば技術の完全な潜在力が実現可能であることを実証しました」と氏は語り、新たな道筋追求への自信を深めました。

新たなビジネスモデルの出現

積層造形カップの成功が、Solvayに新たなEコマースプラットフォームを通じた顧客エンゲージメントの再考を促しました。

「クローズドモデルを捨て、クレジットカードを持つ誰にでも材料を開放しました」とアレクサンダー氏は説明します。「迅速、透明、公正な価格設定は大手化学企業として前例がありません。究極の目標は次世代が当社材料を使うよう刺激することです。」

産業クライアント対応ではデータ透明性が鍵です。「他の化学企業は射出成形パーツベースの汎用データシートを提供します」とアレクサンダー氏は指摘します。「我々は積層造形パーツに関する包括的データを公開し、クライアントに自信を与えます。」

なぜプロセス制御が重要か

アレクサンダー氏はプロセス制御の極めて重要性を強調します。「堅牢なプロセスや適切な設備がなければ、パーツ品質は損なわれます。」

その目的で、Solvayは3Dプリンターメーカーと協業し、プリントプロファイルをポリマー仕様と整合させています。

「多くの産業ユーザーはプラグアンドプレイソリューション——挿入するだけで一貫したパーツが生産できる材料——を求めています」と氏。「それが我々の目指す方向です。」

2017〜2018年、Solvayはプリントパラメータが気孔率とボイドに大きく影響し、それが強度と破断歪みに影響することを学びました。「一貫した均質なパーツには、材料処理の深い理解が必要です。」

「AMの完全な潜在力——ラティス、軽量化、部品統合——を活用するには、複雑形状での材料振る舞いを理解し、AM向け設計を最適化しなければなりません。」

材料シミュレーションの役割

SolvayはAM材料能力を拡充し続けています。

昨年、e-Xstream Engineeringと提携し、Solvay高性能ポリマーをDigimat-AMシミュレーションプラットフォームに統合。

3Dプリントシミュレーションはプリント前のパーツ挙動予測にますます重要になっています。

Digimat-AMを通じて、ユーザーは設計段階でSolvayポリマーの熱力学的性能をシミュレート可能になり、AMに伝統的に伴う試行錯誤の大部分を排除できます。

アレクサンダー氏は提携目的を説明します：「材料のデジタルツイン提供により、設計者は24時間のプリントサイクルなしでコンセプトをテスト可能。予測シミュレーションが大きな価値を加え、市場投入までの時間を加速します。」

AMポリマーの未来

アレクサンダー氏はAMの未来について哲学的視点を提供します。

「AMの約束にワクワクしています。大手企業がアプリケーション中心からプロセス適格性評価マインドセットへ移行しています」と氏。「プロセスが信頼できなければパーツは失敗します。シンプルです。」

AMが従来製造を置換するのではなく補完し、新たな機会を開くと指摘します。

材料コストについては楽観的です。「規模の経済は現在の課題で、価格は高いです。ボリューム増大とアプリケーション多様化で価格は下がるでしょう。」

2019年はSolvayが積層プロセス適格化に取り組む上で極めて重要な年となります。「10〜15社の商用プリンターと提携し、当社ポリマーの一貫したプリントを確保することを目指しています」と氏。

Solvayはさらに、特にSLSやマルチジェットフュージョンのような他AM技術、破壊的ソリューションへ投資準備のある主要OEMとの先進材料分野での協業も追求しています。

Solvayの詳細は Solvay をご覧ください。

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専門家インタビュー

AMFGの専門家インタビューシリーズは、積層造形の未来を形作る革新的企業と個人を紹介します。参加についての詳細は marketing@amfg.ai まで。