Solvayブライアン・アレキサンダー氏：適層造形向け高性能ポリマー構築

適層造形における高性能ポリマー需要が急増する中、Solvay、BASF、SABICなど主要材料企業が、自動車、医療、航空宇宙などでの生産グレード応用ニーズに応えるべくポートフォリオを拡大しています。

150年の材料科学レガシーを持つ100億ユーロ企業Solvayは、世界中で使用されるスペシャリティポリマーのキープレイヤーとなりました。このインタビューでは、Solvayの適層造形向け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・アレキサンダー氏が、同社のAMへの戦略的シフト、解き放たれる機会、次世代製造にエンジニアリンググレード材料が不可欠な理由を語ります。

AM機会の認識

ブライアン・アレキサンダー、Solvayスペシャリティポリマー、適層造形向けビジネスインキュベーションプラットフォーム

2016年初頭までに、適層造形はニッチから主流へ移行。Solvay経営陣はスペシャリティポリマー部門内にAM専門の専用ビジネスユニットを創設しました。

「適層造形はSolvayのコア市場——高付加価値・少量生産と大量カスタマイゼーション——と完璧に一致します」とアレキサンダー氏は説明。「航空宇宙とヘルスケアは年間数千個レベルの部品を必要とし、数百万個ではないため、AMが理想的なフィットです。」

SLSとFFFの主要特許が2016年までに満了し、市場が新規参入者に開放。Solvayは機会を捉え、AMを脅威ではなく成長レバーと捉えることを選択。

「初年度、主要顧客と対話しAM成熟度を測定しました」とアレキサンダー氏は回想。「当時、多くはAMを試作専用技術と信じていました。今日、その認識は劇的にシフトしています。」

AM成功へのマインドセットシフト

Solvayのスペシャリティポリマー部門は約3,500人のプロフェッショナルを擁し、業界屈指の高性能材料ポートフォリオ——35種類以上の異なるポリマー、各々が独自の機械的、熱的、化学的特性を持つ——を誇ります。これらの高付加価値材料は少量販売され、AMが要求する精密さと複雑さに自然に適合します。

「従来製造プロセスはAMに直接転用できません」とアレキサンダー氏は語る。「原材料処方から部品設計、プロセス最適化まで、バリューチェーン全体を再設計し、一貫した高品質結果を達成しなければなりません。」

Solvayの目標は、カスタマイズされたAMレディソリューションのプレミアサプライヤーになること。「単にレガシーレジンをAM空間で販売すれば不十分です」とアレキサンダー氏は指摘。「焦点は、AMプロセス専用に設計された材料、フィードストック、プリントパラメータ、後処理の明確な仕様を持つものにあります。」

Solvayのポートフォリオには35以上の高性能ポリマーが含まれる [Image credit: Solvay]

AM向け高性能ポリマーの開発

初期AMはPLAやABSのようなコンシューマーグレード材料に依存しましたが、業界リーダーは今やPEEKやPPSUのような産業グレードポリマーを要求しています。

「試作だけではAMの全メリットが解き放たれません」とアレキサンダー氏は説明。「シリアル生産には、設計者が幅広い耐温度、機械的強度、認定データを必要とします。のみならずラティス構造、軽量化、部品統合を活用できます。」

これらのニーズに応えるため、Solvayは最もアクセスしやすいAM技術であるFused Filament Fabrication（FFF）からAM重点研究を開始、ヘルスケア（大量カスタマイゼーション）と航空宇宙（小ロット生産）をターゲットにしました。

キー材料——優れた熱安定性と強度重量比で知られるPEEK、耐熱性と化学的耐久性で評価されるPPSU——をローンチパッドポリマーとして選定。

「収縮、反り、凝集の理解が不可欠です」とアレキサンダー氏。「予測可能な材料知識で信頼できるプリントプロファイルを提供できます。」

2017年、SolvayはAdditive Manufacturing Cupを立ち上げ、世界中の大学生にPEEKフィラメントで複雑部品をプリントするよう招待。競技の成功がAMの未開拓ポテンシャルを実証し、Solvayの材料プラットフォームへの自信を強化しました。

Solvayの高性能ポリマーにはKetaSpire® PEEKとRadel® PPSUが含まれる [Image credit: Solvay]

新ビジネスモデル：ダイレクトツーカスタマーEコマース

Additive Manufacturing Cupを基に、Solvayは画期的なEコマースプラットフォームを導入し、クレジットカードさえあれば誰でも公正な価格でポリマーを購入可能にしました。

「クローズドなディストリビューターセントリックモデルから脱却しました」とアレキサンダー氏。「プラットフォームは高速・透明な購入を提供し、次世代デザイナーへの教育ツールとしても機能します。」

データ透明性はSolvayアプローチの基石。「従来の化学データシートは射出成形部品に焦点を当てています」とアレキサンダー氏は指摘。「AM固有のデータシートを提供し、産業クライアントに材料性能への信頼を与えます。」

SolvayのAM材料向けEコマースプラットフォーム [Image credit: Solvay]

プロセス制御：一貫性への鍵

アレキサンダー氏は堅牢なプロセス制御の必要性を強調。「不適切に管理されたAMプロセスは、機械的特性に一貫性のない多孔質部品を生みます。」

プラグアンドプレイ信頼性を届けるため、Solvayはプリンターメーカーと提携し、自社ポリマー向けに調整されたプリントプロファイルを微調整。「一度ロードすれば、毎プリントで反復可能な部品が得られる材料を目指しています。」

材料シミュレーション：プリント前の性能予測

2018年、Solvayはe-Xstream Engineeringと提携し、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。

「シミュレーションで設計者は設計段階で熱力学的挙動を予測できます」とアレキサンダー氏は説明。「コストのかかる試行錯誤を減らし、市場投入を加速します。」

SolvayのPEEKとPPSUをDigimat-AMに追加することで、ユーザーは部品のデジタルツインを作成し、プリント前に設計イテレーションを仮想評価可能になりました。

2019年、Solvayはカーボンファイバー充填KetaSpire PEEKとネートRadel PPSUをe-Xstream EngineeringのDigitat-AMリリースに追加 [Image credit: e-Xstream Engineering]

将来展望：AMポリマーの未来

アレキサンダー氏は、適層造形が従来手法を置き換えるのではなく補完する未来を描きます。「成功の鍵はプロセス認定——プロセスが機能しなければ部品は失敗します。」

材料コストは高止まりしていますが、Solvayは生産量増と用途拡大で価格低下を予想。10〜15の商用プリンターでポリマー認定を目指し、SLSやMulti-Jet Fusionのような粉末ベース技術へパートナーシップ拡大、破壊的イノベーションにコミットするOEMとの協力を推進します。

Solvayの材料ソリューションについて詳しくはSolvay.comをご覧ください。

エキスパートインタビュー

AMFGのエキスパートインタビューシリーズは、適層造形の未来を形作る革新的企業と個人を紹介します。シリーズ参加についての詳細はmarketing@amfg.aiまで。