ソルベイのブライアン・アレクサンダー氏が積層造形用の高性能ポリマーの構築について語る

積層造形における高性能ポリマーの需要が急増する中、ソルベイ、BASF、SABIC などの大手材料企業は、自動車、医療、航空宇宙などにわたる量産グレードのアプリケーションのニーズを満たすためにポートフォリオを拡大しています。

ソルベイは、材料科学分野で 150 年の実績を持つ 100 億ユーロの企業であり、世界中で使用されている特殊ポリマーの主要企業となっています。このインタビューでは、ソルベイの積層造形向けビジネス インキュベーション プラットフォームの創設者であるブライアン アレクサンダーが、同社の AM への戦略的移行、AM が解き放つ機会、そして製造の次の波にエンジニアリング グレードの材料が不可欠である理由について語ります。

AM の機会を認識する

Brian Alexander 氏、ソルベイ スペシャルティ ポリマー、積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、積層造形はニッチなものから主流へと移行しました。ソルベイの経営陣はこれに応え、スペシャルティ ポリマー部門内に AM に特化した専門の事業部門を設立しました。

「積層造形は、高価値、少量生産、大量カスタマイズといったソルベイの中核市場と完全に一致しています」とアレクサンダー氏は説明します。 「航空宇宙や医療などの業界では、年間数百万ではなく数千の部品が必要となるため、AM は最適です。」

SLS と FFF の主要特許が 2016 年までに期限切れになったため、市場は新規参入者に開かれました。ソルベイはこの機会を捉え、AM を脅威ではなく成長の手段とみなすことを選択しました。

「最初の年に、AM の成熟度を測るために有力な顧客と話をしました」と、Alexander 氏は思い出します。 「当時、多くの人が AM はプロトタイプのみのテクノロジーだと信じていました。現在では、その認識は劇的に変わりました。」

AM の成功に向けて考え方を変える

ソルベイのスペシャルティ ポリマー部門は約 3,500 人の専門家を雇用し、業界で最も広範な高性能材料のポートフォリオの 1 つを誇っています。これらのポリマーには、それぞれ独自の機械的、熱的、化学的特性を持つ 35 種類以上のポリマーが含まれています。これらの高価値の素材は少量で販売されるため、AM が要求する精度と複雑さに自然に適合します。

「伝統的な製造プロセスは、AM に直接変換されません」とアレクサンダー氏は言います。 「一貫した高品質の結果を達成するには、原材料の配合から部品設計、プロセスの最適化に至るまで、バリュー チェーン全体を再設計する必要があります。」

ソルベイの目標は、カスタマイズされた AM 対応ソリューションの主要サプライヤーになることです。 「単に従来の樹脂を AM 分野で販売するだけでは、不十分だろう」とアレクサンダー氏は指摘します。 「私たちは、原材料、印刷パラメータ、後処理の明確な仕様を備えた、AM プロセス専用に設計された材料に重点を置いています。」

ソルベイのポートフォリオには 35 を超える高性能ポリマーが含まれています [画像提供:Solvay]

AM 用の高性能ポリマーの開発

初期の AM は PLA や ABS などの民生用グレードの素材に依存していましたが、業界のリーダーは現在、PEEK や PPSU などの工業用グレードのポリマーを求めています。

「プロトタイピングだけでは AM の利点を最大限に引き出すことはできません」とアレクサンダー氏は説明します。 「連続生産の場合、設計者は幅広い温度耐性、機械的強度、認定データを必要とします。そうして初めて、格子構造、軽量化、部品の統合を活用することができます。」

これらのニーズを満たすために、ソルベイは、医療 (大量カスタマイズ) と航空宇宙 (少量生産) を対象とした、最も利用しやすい AM テクノロジーである溶融フィラメント ファブリケーション (FFF) を使用して AM に焦点を当てた研究を開始しました。

主要な材料である PEEK は、優れた熱安定性と強度対重量比で知られ、PPSU は耐熱性と化学的耐久性で高く評価されています。

「収縮、反り、凝集を理解することが重要です」とアレクサンダー氏は言います。 「材料の予測に関する知識により、信頼性の高い印刷プロファイルを提供できるようになります。」

2017 年、ソルベイはアディティブ マニュファクチャリング カップを立ち上げ、PEEK フィラメントを使用して複雑な部品を印刷するよう世界中の大学生を招待しました。コンペティションの成功は、AM の未開発の可能性を実証し、その材料プラットフォームに対するソルベイの信頼を強化しました。

ソルベイの高性能ポリマーには、キータスパイア® PEEK およびレーデル® PPSU が含まれます [画像提供:ソルベイ]

新しいビジネス モデル:顧客への直接取引

ソルベイは、Additive Manufacturing Cup を基にして、クレジット カードを持っている人なら誰でも自社のポリマーを公正な価格で入手できるようにする画期的な e コマース プラットフォームを導入しました。

「私たちは、閉鎖的で販売代理店中心のモデルから脱却しました」とアレクサンダー氏は言います。 「私たちのプラットフォームは迅速かつ透明性のある購入を提供し、次世代のデザイナーのための教育ツールとして機能します。」

データの透明性はソルベイのアプローチの基礎です。 「従来の化学データシートは射出成形部品に重点を置いています」とアレクサンダー氏は指摘します。 「当社は AM 固有のデータシートを提供し、産業顧客に材料性能に対する信頼を与えます。」

AM マテリアル用のソルベイの e コマース プラットフォーム [画像提供:Solvay]

プロセス管理:一貫性の鍵

アレクサンダー氏は、堅牢なプロセス制御の必要性を強調します。 「AM プロセスの管理が不十分だと、機械的特性が一貫性のない多孔質部品が生成されます。」

プラグアンドプレイの信頼性を実現するために、ソルベイはプリンターメーカーと提携して、ポリマーに合わせて印刷プロファイルを微調整しています。 「私たちは、一度ロードされると、印刷するたびに再現可能なパーツを生成するマテリアルを目指しています。」

材料シミュレーション:印刷前にパフォーマンスを予測する

2018 年、ソルベイは e-Xstream Engineering と提携して、同社の高性能ポリマーを Digimat-AM シミュレーション プラットフォームに統合しました。

「シミュレーションにより、設計者は設計段階で熱機械的挙動を予測できます」とアレクサンダー氏は説明します。 「これにより、コストのかかる試行錯誤が削減され、市場投入までの時間が短縮されます。」

ソルベイの 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、印刷前に設計の繰り返しを仮想的に評価できるようになります。

2019 年、ソルベイは e-Xstream Engineering の Digimat-AM リリースにカーボンファイバー充填 KetaSpire PEEK とニート Radel PPSU を追加しました [画像クレジット:e-Xstream Engineering]

今後の展望:AM ポリマーの将来

アレクサンダーは、積層造形が従来の手法に取って代わるのではなく、補完する未来を思い描いています。 「成功はプロセスの適格性によって決まります。プロセスが機能しない場合、その部分は失敗します。」

材料費は依然として高いものの、生産量の増加と用途の拡大に伴い価格は下がるとソルベイは予想している。同社は、10～15 社の商業印刷機でポリマーを認定し、SLS や Multi-Jet Fusion などの粉末ベースのテクノロジーにパートナーシップを拡大し、破壊的イノベーションに取り組む OEM と協力することを目指しています。

ソルベイのマテリアル ソリューションの詳細については、Solvay.com をご覧ください。 .

専門家インタビュー

AMFG のエキスパート インタビュー シリーズでは、積層造形の未来を形作る革新的な企業や個人を紹介します。シリーズへの参加に関する詳細については、marketing@amfg.ai までお問い合わせください。 .