Entrevista con el experto:Brian Alexander de Solvay sobre el desarrollo de polímeros de alto rendimiento para la impresión 3D

Con una serie de patentes para tecnologías como SLS y FFF que expiraron en 2016, Alexander explica que esto también tuvo un impacto en la perspectiva de Solvay del mercado en evolución.

“El mercado se está abriendo mucho más y más Los jugadores emergentes abrieron oportunidades clave para el lado de los polímeros. Por supuesto, junto con la oportunidad también surgieron muchas exageraciones, por lo que era importante para nosotros adoptar un enfoque pragmático ”.

Alexander observa cómo la industria ha cambiado en solo tres cortos años.

“En nuestro primer año entrevistamos a muchos de nuestros principales clientes para comprender sus necesidades y dónde estaban con AM. Sorprendentemente, cuando hicimos esto en 2016, casi nadie creía en AM. "Es interesante, pero no es para producción en masa", fue el sentimiento general. Todo ha cambiado ahora, por supuesto ".

AM requiere un cambio de mentalidad

Solvay Specialty Polymers es una de las unidades de negocio dentro del Grupo Solvay y cuenta con alrededor de 3500 empleados. “Nuestra propuesta de valor es que tenemos una de las carteras de materiales de alto rendimiento más grandes del mercado”, dice Alexander. "Tenemos alrededor de 35 polímeros diferentes para ofrecer, todos con propiedades únicas".

Estos polímeros son materiales de alto valor que se venden en volúmenes más pequeños. Esto, a su vez, complementa la fabricación aditiva, donde las aplicaciones especializadas de alto valor pueden beneficiarse de las economías de escala y complejidad que requiere la tecnología.

Sin embargo, el desarrollo de materiales específicamente para el proceso de fabricación aditiva requería un cambio de mentalidad, señala Alexander.

“Pronto nos dimos cuenta de que toda la mentalidad de AM es completamente diferente a la fabricación tradicional. Tienes que rediseñar completamente tu cadena de valor. Prácticamente todo debe cambiar, desde los materiales hasta el diseño y, por supuesto, la optimización de sus equipos y procesos.

“Sabíamos que si intentábamos vender nuestras resinas estándar, algunas que han existido durante 30 años, dentro del espacio AM, no lo íbamos a lograr. Por eso, nuestro objetivo era convertirnos en el proveedor líder de soluciones personalizadas listas para AM de alto rendimiento ”.

¿Qué significa eso en la práctica?

“Bueno, necesitamos saber exactamente qué está pasando en la máquina”, dice Alexander. “Si contaminamos la cadena de valor con todo tipo de pasos diferentes y no tenemos idea de lo que entra en la máquina, entonces no tenemos control sobre el proceso. Y esto es crucial si está tratando de calificar materiales para nichos de mercado de muy alto valor, como el médico o el aeroespacial ".

El camino hacia el desarrollo de polímeros de alto rendimiento para aditivos

“La fabricación aditiva comenzó con materiales de bajo rendimiento, como PLA y ABS”, dice Alexander. “Son excelentes para hacer cosas como juguetes y artilugios. Pero para obtener todos los beneficios de la tecnología, necesitará más materiales de grado industrial, como PEEK, por ejemplo ".

La creciente necesidad de materiales de grado industrial puede vincularse con el cambio en toda la industria del uso de la impresión 3D para la producción en serie, y no solo la creación de prototipos.

Como dice Alexander :“Si solo se está enfocando en la creación de prototipos, realmente no obtendrá ninguno de los beneficios de la fabricación aditiva porque estas piezas no están diseñadas para AM. De modo que nunca obtendrá las mismas propiedades.

“Con la producción en serie, si desea hacer una pieza en el material de su elección, debe tener una amplia gama de temperaturas, rendimiento mecánico, calificaciones, aprobaciones, etc. Solo entonces podrá reunir todos estos elementos para obtener el diseño que realmente desea obtener. Así que estábamos trabajando para proporcionar más materiales de alto rendimiento de los que estaban disponibles en el mercado ”.

Desarrollar polímeros de alto rendimiento específicamente para la fabricación aditiva no sería una tarea fácil, sobre todo debido a la gama. de las tecnologías de impresión 3D en el mercado y la amplia cartera de materiales de Solvay.

Al final, la empresa decidió comenzar con Fused Filament Fabrication (FFF), la tecnología de impresión 3D más accesible.

Solvay también tenía dos mercados objetivo clave en mente al probar estos materiales iniciales:cuidado de la salud, para sus aplicaciones de personalización masiva, y aeroespacial para la producción de pequeñas series.

“Las preguntas clave que nos hacíamos eran:¿cómo se utilizan nuestros materiales en estos mercados actualmente y cómo podemos permitir que se impriman en 3D? Esto brindaría a nuestros clientes la oportunidad de utilizar nuestros materiales aún más, como complemento de su fabricación tradicional ”.

Se eligieron PEEK (poliéter éter cetona) y PPSU (polifenilsulfona) como los dos polímeros para comenzar. con.

PEEK es bien conocido por su excepcional estabilidad, resistencia química y a la temperatura, así como por su excelente relación fuerza-peso. Se utiliza en entornos exigentes para aplicaciones que incluyen componentes de aeronaves, cojinetes de automoción, petróleo y gas y componentes electrónicos.

De manera similar, PPSU posee una alta resistencia al calor y una excepcional resistencia química y al impacto y alargamiento a la rotura. Se puede usar para aplicaciones como dispositivos médicos, plomería y aplicaciones de servicio de alimentos, solo por nombrar algunas.

“Cuando se trata de AM, debes entender tus materiales en términos de encogimiento, deformación y cohesión”, dice Alexander. “Todas estas propiedades están relacionadas con el material en sí y se pueden predecir si Conozca su material lo suficientemente bien ”.

Solvay también lanzó su Copa de Fabricación Aditiva en octubre de 2017. La competencia invitó a estudiantes universitarios de todo el mundo a demostrar su 'aptitud para la fabricación aditiva' utilizando su filamento PEEK para producir partes complejas. Los resultados, dice Alexander, fueron fenomenales.

“Nos sorprendieron los resultados que obtuvimos. Los estudiantes pudieron innovar muy rápidamente. Demostró que las capacidades para hacer un cambio estaban ahí si alguien podía ayudar a habilitar el cambio. Esto nos dio la confianza para probar algo diferente ".

Surge un nuevo modelo comercial

Los resultados de su Additive Manufacturing Cup llevaron a Solvay a desarrollar una nueva forma de involucrar a los clientes:a través de una nueva plataforma de comercio electrónico.

“En lugar de seguir la ruta tradicional, operando en un modelo cerrado, decidimos hacer que nuestros materiales estén disponibles a un precio justo para cualquier persona que tenga una tarjeta de crédito ”, dice Alexander.

“Hace que comprar materiales poliméricos sea rápido, transparente y fácil, y es el primero de su tipo en el mercado de una importante empresa química. Nuestro objetivo final es inspirar a la próxima generación a utilizar nuestros materiales ”.

Cuando se trata de servir a sus clientes industriales, para Solvay, los datos son clave. “Cuando miraba las hojas de datos de otras empresas químicas, eran simplemente hojas de datos de piezas moldeadas por inyección”, explica Alexander. “Por eso decidimos poner a disposición todos nuestros datos sobre piezas fabricadas de forma aditiva. Se trata de darles a nuestros clientes industriales confianza en nuestros materiales ".

Por qué es importante el control de procesos

Alexander pone claramente la importancia del control de procesos. “Sin un buen proceso o un buen equipo, terminarás con una pieza terrible. Por eso estamos trabajando mucho en el desarrollo de asociaciones. Por ejemplo, estamos tratando de trabajar con los fabricantes de impresoras 3D para ayudarlos a comprender cómo procesar nuestros polímeros y el perfil de impresión que requerimos de las máquinas.

“La mayoría de nuestros usuarios industriales quieren tener una solución plug and play:un material que puedan poner en la máquina y hacer que la pieza salga de la misma manera cada vez. En Solvay, entendemos que es ahí donde finalmente queremos llegar ”.

Alexander explica además por qué es tan importante poder controlar el proceso de fabricación aditiva. “Lo que aprendimos entre 2017 y 2018 es que la forma de imprimir la pieza es crucial. Si obtiene una alta porosidad y micro y macro huecos en el material, su resistencia y tensión en la rotura no serán consistentes en absoluto. La única forma de hacerlo es aprender a procesar sus materiales y adaptar el proceso para obtener una pieza completamente homogénea.

“Si desea obtener todos los beneficios de AM (celosías, aligeramiento, consolidación de piezas, etc.), debe comprender cómo procesar su material y ver cómo funcionará su material con una estructura de celosía, borde perimetral y cómo se puede optimizar un diseño existente para que sea adecuado para AM ".

El papel de la simulación de materiales

Solvay continúa con su objetivo de expandir sus capacidades de materiales AM.

El año pasado, la compañía anunció su asociación con e-Xstream Engineering, un proveedor de software de simulación. La asociación prevé la incorporación de los polímeros de alto rendimiento de Solvay a la plataforma Digimat-AM de la empresa para la simulación de materiales.

La simulación de impresión 3D va en aumento, ya que es cada vez más importante poder predecir cómo se comportará una pieza antes de enviar un diseño a imprimir.

Digimat-AM permite a los usuarios simular el proceso de impresión 3D. Su asociación con Solvay significa que los usuarios ahora podrán predecir el comportamiento termomecánico de los polímeros de Solvay durante la etapa de diseño. Al recrear digitalmente las condiciones físicas y el comportamiento de la pieza, se puede eliminar gran parte del ensayo y error común al proceso de AM.

Alexander explica el objetivo de la asociación.

“El objetivo era permitir a los usuarios obtener un gemelo digital de su material. Con Digimat-AM, ahora puede diseñar y simular con todos los materiales listos para Solvay AM del mercado.

“Cuando los diseñadores quieren probar un concepto, pueden pasar hasta 24 horas imprimiendo una pieza que puede no funcionar e incluso puede tener un diseño incorrecto. Pero si puede eliminar las conjeturas de la ecuación y predecir cómo se comportará una pieza antes de imprimir, estará agregando un valor significativo para el cliente, además de acelerar la velocidad de comercialización ".

El futuro de los polímeros AM

En cuanto al futuro de la fabricación aditiva, Alexander tiene una perspectiva bastante filosófica.

“Honestamente, estoy muy emocionado por la promesa de AM. Las empresas más grandes están más motivadas para hacer realidad esa promesa al alejarse de un enfoque de solicitud o calificación para reconocer la necesidad de la calificación del proceso. Esa es la tendencia más emocionante. Si no tiene un proceso que funcione, no tiene una parte exitosa. Es así de simple. Además, no creo que la AM nunca reemplace por completo los métodos de fabricación tradicionales, pero ciertamente puede ser complementario y crear nuevas ideas y oportunidades ".

En cuanto al costo de los materiales, Alexander es positivo. “Ciertamente, las economías de escala son un desafío actual y los precios siguen siendo bastante altos. Así es en este momento. Tenemos que crear el mercado. Por lo tanto, estoy seguro de que a medida que aumenten los volúmenes y se amplíen las aplicaciones, los precios bajarán ”.

2019 será un año ajetreado para Solvay, ya que continúa trabajando en la calificación del proceso de aditivos. "Estamos tratando de aplicar nuestras aplicaciones de perfil de impresión a varios proveedores de impresión", explica Alexander. “Nuestro objetivo es tener entre 10 y 15 impresoras comerciales capaces de imprimir nuestros polímeros de manera uniforme.

“También estamos buscando más asociaciones, particularmente en el lado de Materiales Avanzados y moviéndonos hacia otras tecnologías y otros materiales. Estos incluirán tecnologías basadas en polvo como SLS y Multi Jet Fusion. Finalmente, estamos trabajando con nuestros OEM clave que tienen la mentalidad y la capacidad de invertir en algo que será muy disruptivo ”.

Para obtener más información sobre Solvay, visite:https://www.solvay .com / en

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Entrevistas con expertos

La serie de entrevistas con expertos de AMFG muestra a empresas e individuos innovadores que ayudan a dar forma al futuro de la fabricación aditiva. Para obtener más información sobre la participación en la serie, comuníquese con [email protected].