専門家のインタビュー：3D印刷用の高性能ポリマーの開発に関するソルベイのブライアンアレクサンダー

2016年までにSLSやFFFなどの技術に関する多数の特許が失効したため、アレクサンダーは、これがソルベイの進化する市場の見方にも影響を与えたと説明しています。

出現したプレーヤーは、物事のポリマー面に重要な機会を開きました。もちろん、機会とともに多くの誇大宣伝もありました。そのため、実用的なアプローチを取ることが重要でした。」

Alexanderは、わずか3年で業界がどのように変化したかを指摘しています。

「私たちの最初の年に、私たちは多くのトップ顧客にインタビューして、彼らのニーズと彼らがAMと一緒にいた場所を理解しました。驚いたことに、2016年にこれを行ったとき、AMを信じる人はほとんどいませんでした。 「おもしろいけど、大量生産じゃない」というのが一般的な感情でした。もちろん、これですべてが変わりました。」

AMには考え方の転換が必要です

ソルベイスペシャリティポリマーは、ソルベイグループ内のビジネスユニットの1つであり、約3,500人の従業員で構成されています。 「私たちの価値提案は、市場に出回っている高性能材料の最大のポートフォリオの1つを持っているということです」とアレクサンダーは言います。 「私たちは約35種類のポリマーを提供しており、すべてが独自の特性を備えています。」

これらのポリマーは高価値の材料であり、少量で販売されています。これは、次に、特殊な高価値アプリケーションがテクノロジーに必要な規模の経済と複雑さの恩恵を受けることができる積層造形を補完します。

しかし、特に積層造形プロセス用の材料を開発するには、考え方を変える必要がありました、とアレクサンダーは述べています。

「AMの考え方全体が従来の製造業とは完全に異なることにすぐに気づきました。バリューチェーンを完全に再設計する必要があります。材料から設計まで、そしてもちろん機器やプロセスを最適化するまで、ほとんどすべてを変更する必要があります。

「AMスペース内で30年前から使用されている標準樹脂を販売しようとしても、成功しないことはわかっていました。そのため、私たちの目標は、カスタマイズされた高性能AM対応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した。」

実際にはどういう意味ですか？

「まあ、マシンに何が入っているのかを正確に知る必要があります」とアレクサンダーは言います。 「あらゆる種類の異なるステップでバリューチェーンを汚染し、マシンに何が入っているのかわからない場合、プロセスを制御することはできません。そして、これは、医療や航空宇宙などの非常に価値の高いニッチ市場に材料を適合させようとしている場合に重要です。」

添加剤用の高性能ポリマー開発への道

「積層造形は、PLAやABSなどのかなり性能の低い材料から始まりました」とAlexander氏は言います。 「これらはおもちゃやガジェットのようなものを作るのに最適です。しかし、このテクノロジーのメリットを最大限に活用するには、たとえばPEEKなどのより工業用の材料が必要になります。」

産業グレードの材料に対するニーズの高まりは、プロトタイピングだけでなく、連続生産に3D印刷を使用することからの業界全体のシフトに結びつく可能性があります。

アレクサンダーが言うように：「プロトタイピングだけに焦点を当てている場合、これらの部品はAM用に設計されていないため、積層造形のメリットは実際には得られません。したがって、同じプロパティを取得することはできません。

「量産では、選択した材料に部品を入れたい場合は、幅広い温度、機械的性能、資格、承認などが必要です。そうして初めて、これらすべての要素をまとめて、本当に取得したいデザインを得ることができます。そのため、市場で入手可能なものよりも多くの高性能材料を提供することに取り組んでいました。」

特に積層造形用の高性能ポリマーを開発することは、特に範囲の関係で、意味のある偉業ではありません。市場に出回っている3Dプリント技術とソルベイの幅広い材料ポートフォリオ。

結局、同社は最もアクセスしやすい3D印刷技術である溶融フィラメント製造（FFF）から始めることを選択しました。

ソルベイは、これらの初期材料をテストする際に、2つの主要なターゲット市場も念頭に置いていました。マスカスタマイゼーションアプリケーション用のヘルスケアと、少量生産用の航空宇宙です。

「私たちが尋ねていた重要な質問は、現在これらの市場で私たちの材料がどのように使用されているか、そしてどのようにそれらを3D印刷できるようにすることができるかということでした。これにより、お客様は従来の製造を補完するものとして、当社の材料をさらに使用する機会が得られます。」

PEEK（ポリエーテルエーテルケトン）とPPSU（ポリフェニルスルホン）が2つのポリマーとして選択されました。と。

PEEKは、その並外れた安定性、耐薬品性、耐熱性、および優れた強度対重量比でよく知られています。航空機部品、自動車用ベアリング、石油およびガス、電子部品などのアプリケーションの厳しい環境で使用されます。

同様に、PPSUは、高い耐熱性と優れた耐薬品性および耐衝撃性と破断点伸びを備えています。ほんの数例を挙げると、医療機器、配管、フードサービスアプリケーションなどのアプリケーションに使用できます。

「AMに関しては、収縮、反り、凝集の観点から材料を理解する必要があります」とアレクサンダーは言います。「これらの特性はすべて材料自体に関連しており、次の場合に予測できます。

ソルベイは、2017年10月にアディティブマニュファクチャリングカップも開始しました。このコンテストでは、世界中の大学生を招待し、PEEKフィラメントを使用して「アディティブマニュファクチャリングの適性」を実証しました。複雑な部品。その結果は驚異的だったとアレクサンダーは言います。

「得られた結果には驚かされました。学生たちは非常に迅速に革新することができました。それは、誰かが変更を可能にするのを手伝うことができれば、変更を加える能力がそこにあることを示しました。これにより、別のことを試す自信がつきました。」

新しいビジネスモデルが登場

アディティブマニュファクチャリングカップの結果により、ソルベイは新しいeコマースプラットフォームを通じて、顧客を引き付ける新しい方法を開発しました。

「従来のルートではなく、クローズドモデルで運用することにしました。クレジットカードを持っている人なら誰でも、私たちの資料を公正な価格で利用できるようにするためです」とアレクサンダーは言います。

「これにより、ポリマー材料をすばやく、透明に、簡単に購入できるようになります。これは、大手化学会社から市場に出た最初の製品です。私たちの最終目標は、次世代に私たちの材料を使用するように促すことです。」

ソルベイにとって、産業用クライアントにサービスを提供することになると、データが重要になります。 「他の化学会社のデータシートを見ると、それらは単に射出成形部品からのデータのシートでした」とアレクサンダーは説明します。 「そのため、付加的に製造された部品に関するすべてのデータを利用できるようにすることにしました。それは、私たちの産業クライアントに私たちの材料に対する自信を与えることの問題です。」

プロセス制御が重要である理由

アレクサンダーは、プロセス制御の重要性を明確に述べています。 「優れたプロセスや設備がなければ、ひどい部品になってしまいます。そのため、私たちはパートナーシップの開発に多くの努力を払っています。たとえば、3Dプリンターのメーカーと協力して、ポリマーの処理方法と、機械に必要な印刷プロファイルを理解できるようにしています。

「私たちの産業ユーザーの大多数は、プラグアンドプレイソリューションを望んでいます。つまり、機械に入れて部品を毎回同じように出すことができる材料です。ソルベイでは、それが最終的に私たちが行きたいところだと理解しています。」

アレクサンダーは、積層造形プロセスを制御できることがなぜそれほど重要なのかをさらに説明します。 「2017年から2018年の間に学んだことは、パーツをどのように印刷するかが重要であるということです。材料に高い気孔率とミクロおよびマクロのボイドが発生すると、破壊時の強度とひずみがまったく一貫しなくなります。そのための唯一の方法は、材料を処理する方法を学び、完全に均質な部品を得るようにプロセスを適応させることです。

「AMのメリットを最大限に活用したい場合（格子、軽量化、部品の統合など）、材料の処理方法を理解し、材料が格子構造、周囲のエッジ、および既存の設計を最適化してAMに適したものにする方法。」

材料シミュレーションの役割

ソルベイは、AM材料の機能を拡張するという目標を継続しています。

昨年、同社はシミュレーションソフトウェアのプロバイダーであるe-Xstreamエンジニアリングとのパートナーシップを発表しました。このパートナーシップにより、ソルベイの高性能ポリマーが、材料シミュレーションのために同社のDigimat-AMプラットフォームに追加されることになります。

3D印刷シミュレーションは、デザインが印刷に送られる前に部品がどのように動作するかを予測できることがますます重要になるにつれて、増加しています。

Digimat-AMを使用すると、ユーザーは3D印刷プロセスをシミュレートできます。そのパートナーシップによりソルベイは、ユーザーが設計段階でソルベイのポリマーの熱機械的挙動を予測できるようになることを意味します。物理的な状態と部品の動作をデジタルで再現することにより、AMプロセスに共通する試行錯誤の多くを排除できます。

Alexanderは、パートナーシップの目標を説明しています。

「目的は、ユーザーが素材のデジタルツインを入手できるようにすることでした。 Digimat-AMを使用すると、市場に出回っているすべてのSolvayAM対応材料を使用して設計およびシミュレーションを行うことができます。

「設計者がコンセプトをテストしたい場合、機能しない可能性があり、間違った設計である可能性があるパーツの印刷に最大24時間を費やす可能性があります。しかし、方程式から当て推量を取り除き、印刷する前に部品がどのように動作するかを予測できれば、顧客に大きな価値をもたらし、市場投入までの時間を短縮できます。」

AMポリマーの未来

アレクサンダーマニュファクチャリングの将来に関しては、アレクサンダーはかなり哲学的な見通しを持っています。

「正直なところ、私はAMの約束に最も興奮しています。大企業は、プロセス認定の必要性を認識するために、アプリケーションまたは認定アプローチから離れることによって、その約束を実現するように動機付けられています。それが最もエキサイティングなトレンドです。うまくいくプロセスがなければ、成功する部分はありません。とても簡単です。また、AMが従来の製造方法に完全に取って代わることはないと思いますが、それは確かに補完的であり、新しいアイデアや機会を生み出す可能性があります。」

材料費に関しては、アレクサンダーは前向きです。 「確かに、規模の経済は現在の課題であり、価格は依然としてかなり高いままです。それが今のところです。私たちは市場を創造しなければなりません。したがって、ボリュームが増加し、アプリケーションが拡大するにつれて、価格が下がると確信しています。」

2019年は、添加剤プロセスの認定に引き続き取り組んでいるため、ソルベイにとって忙しい年になるでしょう。 「私たちは、印刷プロファイルアプリケーションを多くの印刷業者に適用しようとしています」とAlexander氏は説明します。 「私たちの目標は、ポリマーを一貫して印刷できる10〜15台の商用プリンターを用意することです。

「私たちはまた、特に先端材料の側面で、より多くのパートナーシップに目を向けており、他の技術や他の材料に移行しています。これらには、SLSやマルチジェットフュージョンなどの粉末ベースのテクノロジーが含まれます。最後に、私たちは非常に破壊的なものに投資する精神と能力を備えた主要なOEMと協力しています。」

ソルベイの詳細については、https：//www.solvayをご覧ください。 .com / en

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専門家のインタビュー

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