Brian Alexander de Solvay sobre construcción de polímeros de alto rendimiento para fabricación aditiva

Con la demanda de polímeros de alto rendimiento en fabricación aditiva acelerando, grandes actores de materiales están expandiendo sus carteras. Mientras la industria cambia de prototipado a producción en serie, la necesidad de materiales de grado ingeniería que satisfagan criterios de rendimiento estrictos en automoción, médica, aeroespacial y otros sectores nunca ha sido mayor. Solvay, BASF, SABIC y otros ahora desarrollan activamente polímeros específicos para FA.

Solvay es una empresa de 10 mil millones de euros con más de 150 años de experiencia en materiales. Presente en el Panorama de Fabricación Aditiva, la firma belga suministra materiales especiales a diversos sectores, desde automoción a aeroespacial.

Esta semana nos sentamos con Brian Alexander, fundador de la Plataforma de Incubación de Negocio para Fabricación Aditiva de Polímeros Especiales de Solvay, para discutir la expansión de la empresa en FA, oportunidades estratégicas que ofrece la tecnología y por qué materiales de alto rendimiento son esenciales para fabricación avanzada.

Detectando la oportunidad de la fabricación aditiva

A principios de 2016, la fabricación aditiva se había vuelto imposible de ignorar. Deliberaciones internas llevaron a Solvay a establecer una unidad de negocio dedicada dentro de su división Polímeros Especiales enfocada solely en FA.

"La fabricación aditiva alinea perfectamente con mercados centrales de Solvay", explica Alexander. "Servimos sectores de alto valor donde series pequeñas y personalización masiva son la norma —piensen aeroespacial y salud— en lugar de producción en masa de millones de piezas."

"Reconocimos el potencial transformador de FA: podía ser una amenaza o una oportunidad. Elegimos la segunda."

Con tecnologías FA clave como SLS y FFF moviéndose a dominio público para 2016, Solvay vio un mercado ensanchándose y la entrada de nuevos competidores. Alexander nota que el hype acompañando FA requirió un enfoque pragmático.

"En nuestro primer año encuestamos a top clientes para medir su adopción FA. En 2016, la mayoría eran escépticos —'interesante, pero no para producción en masa'. Esa visión ha evolucionado desde entonces."

FA requiere cambio de mentalidad

Solvay Polímeros Especiales, una de las unidades de negocio del grupo, emplea aproximadamente 3.500 personal. "Ofrecemos una de las carteras más completas de polímeros de alto rendimiento, con alrededor de 35 formulaciones distintas", dice Alexander.

Estos materiales premium se venden en volúmenes menores, lo que alinea bien con la demanda de FA de piezas especializadas de alto valor que benefician de la complejidad y economías de escala de la tecnología.

"FA demanda una mentalidad fundamentalmente diferente comparada con fabricación convencional. Debes rediseñar toda la cadena de valor —desde materiales a diseño, equipamiento y optimización de proceso."

"Intentar comercializar resinas legacy en el espacio FA habría fallado", admite Alexander. "Nuestro objetivo es convertirnos en proveedor líder de soluciones de alto rendimiento a medida, listas para FA."

¿Qué implica eso en práctica?

"Debes entender precisamente qué entra en la máquina", afirma Alexander. "Cualquier variabilidad no controlada en la cadena de suministro compromete control de proceso, que es crítico para cualificar materiales en mercados de nicho como médico o aeroespacial."

El camino a desarrollar polímeros de alto rendimiento para aditivo

"La fabricación aditiva comenzó con materiales de bajo rendimiento como PLA y ABS, adecuados para juguetes y prototipos", nota Alexander. "Para desbloquear el potencial completo de FA, polímeros de grado industrial —como PEEK— son requeridos."

La creciente demanda de materiales de grado industrial refleja la transición de la industria de solo prototipo a producción en serie.

"Enfocarse solo en prototipado pierde beneficios de FA porque esas piezas no están diseñadas para procesos aditivos", explica Alexander. "Producción en serie demanda amplia gama de datos térmicos, mecánicos y de cualificación para lograr el diseño deseado."

Desarrollar polímeros de alto rendimiento específicos para FA es desafiante, dada la variedad de tecnologías FA y la extensa cartera de materiales de Solvay.

Al final, la compañía seleccionó Fabricación por Filamento Fundido (FFF) como punto de partida —la tecnología FA más accesible.

Solvay apuntó a dos mercados clave para pruebas iniciales: salud, con sus necesidades de personalización masiva, y aeroespacial, que confía en producción de series pequeñas.

"Nuestras preguntas eran: cómo usan estos mercados actualmente nuestros materiales, y cómo podemos habilitarlos para impresión 3D?" dice Alexander. "Este enfoque expande capacidades de nuestros clientes más allá de fabricación tradicional."

PEEK y PPSU fueron elegidos como polímeros inaugurales.

PEEK es renombrado por su estabilidad excepcional, resistencia química y térmica, y superior relación resistencia-peso, haciéndolo ideal para componentes de aeronaves, cojinetes automotrices, petróleo y gas, y aplicaciones electrónicas.

PPSU ofrece alta resistencia al calor, excepcional resistencia química e impacto, y excelente elongación a rotura, adecuado para dispositivos médicos, fontanería y componentes de servicio alimentario.

"En FA, entender comportamiento de material —encogimiento, alabeo, cohesión— es esencial", enfatiza Alexander. "Estas propiedades pueden predecirse si el material es bien entendido."

Solvay lanzó su Copa de Fabricación Aditiva en octubre 2017, invitando estudiantes universitarios mundiales a mostrar sus habilidades FA usando filamento PEEK. Alexander reporta los resultados fueron "fenomenales."

"Estudiantes innovaron rápidamente, demostrando que con el soporte correcto, el potencial completo de la tecnología puede realizarse", dice, alimentando confianza para perseguir nuevas vías.

Un nuevo modelo de negocio emerge

El éxito de la Copa de Fabricación Aditiva llevó a Solvay a reimaginar compromiso con clientes a través de nueva plataforma e-commerce.

"Abandonamos el enfoque de modelo cerrado y abrimos nuestros materiales a cualquiera con tarjeta de crédito", explica Alexander. "Precios rápidos, transparentes y justos es sin precedentes para una gran empresa química. Nuestro objetivo final es inspirar a la próxima generación a usar nuestros materiales."

Transparencia de datos es pivotal al servir clientes industriales. "Otras empresas químicas proporcionan fichas de datos genéricas basadas en piezas moldeadas por inyección", nota Alexander. "Publicamos datos integrales en piezas fabricadas aditivamente para dar confianza a nuestros clientes."

Por qué el control de proceso es importante

Alexander subraya la criticidad de control de proceso. "Sin un proceso robusto o equipamiento adecuado, la calidad de pieza sufre."

Para ese fin, Solvay colabora con fabricantes de impresoras 3D para alinear perfiles de impresión con especificaciones de polímero.

"La mayoría de usuarios industriales buscan soluciones plug-and-play —un material que pueda insertarse y producir piezas consistentes", dice. "Esa es la dirección hacia la que nos movemos."

Entre 2017 y 2018, Solvay aprendió que parámetros de impresión afectan significativamente porosidad y vacíos, que a su vez impactan resistencia y elongación a rotura. "Piezas consistentes y homogéneas requieren entendimiento profundo de procesamiento de material."

"Para aprovechar el potencial completo de FA —celosías, aligeramiento, consolidación de piezas— debes entender cómo se comporta tu material en geometrías complejas y optimizar el diseño para FA."

El papel de la simulación de materiales

Solvay continúa expandiendo sus capacidades de materiales FA.

El año pasado, la compañía se asoció con e-Xstream Engineering, integrando polímeros de alto rendimiento de Solvay en la plataforma de simulación Digimat-AM.

La simulación de impresión 3D es cada vez más crítica para predecir comportamiento de pieza antes de imprimir.

A través de Digimat-AM, usuarios pueden ahora simular rendimiento termomecánico de polímeros Solvay durante diseño, eliminando gran parte del ensayo-error tradicionalmente asociado con FA.

Alexander explica el objetivo de la asociación: "Proporcionar un gemelo digital de nuestro material permite a diseñadores testar conceptos sin el ciclo de impresión de 24 horas. La simulación predictiva añade valor significativo y acelera time-to-market."

El futuro de polímeros FA

Alexander ofrece una perspectiva filosófica sobre el futuro de FA.

"Me entusiasma la promesa de FA. Empresas mayores están moviéndose de mentalidad centrada en aplicación a mentalidad de cualificación de proceso", dice. "Si un proceso no es fiable, la pieza falla. Es simple."

Nota que FA complementará, en lugar de reemplazar, fabricación tradicional, abriendo nuevas oportunidades.

Sobre costes de materiales, Alexander permanece optimista. "Economías de escala son un reto actual, y precios son altos hoy. A medida que volúmenes crecen y aplicaciones diversifican, precios declinarán."

2019 será pivotal mientras Solvay trabaja para cualificar sus procesos aditivos. "Apuntamos a asociar con 10-15 impresoras comerciales para asegurar impresión consistente de nuestros polímeros", dice.

Solvay también persigue más colaboraciones, especialmente en materiales avanzados y otras tecnologías FA como SLS y Multi-Jet Fusion, y con OEMs clave listos para invertir en soluciones disruptivas.

Para más información sobre Solvay, visite Solvay.

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Entrevistas a Expertos

La serie Entrevistas a Expertos de AMFG muestra empresas e individuos innovadores moldeando el futuro de la fabricación aditiva. Para más información sobre participación, contacte marketing@amfg.ai.