Brian Alexander de Solvay parle de la création de polymères haute performance pour la fabrication additive

Alors que la demande de polymères hautes performances dans la fabrication additive augmente, les principales entreprises de matériaux telles que Solvay, BASF et SABIC élargissent leurs portefeuilles pour répondre aux besoins des applications de production dans les domaines de l'automobile, du médical, de l'aérospatiale et bien plus encore.

Solvay, une entreprise de 10 milliards d'euros avec une expérience de 150 ans dans la science des matériaux, est devenue un acteur clé dans le domaine des polymères spéciaux utilisés dans le monde entier. Dans cette interview, Brian Alexander, fondateur de la plateforme d'incubation d'entreprises de Solvay pour la fabrication additive, partage le changement stratégique de l'entreprise vers la fabrication additive, les opportunités qu'elle ouvre et pourquoi les matériaux de qualité technique sont essentiels pour la prochaine vague de fabrication.

Reconnaître l'opportunité de la fabrication additive

Brian Alexander, Solvay Specialty Polymers, plateforme d'incubation d'entreprises pour la fabrication additive

Début 2016, la fabrication additive était passée du statut de niche au statut grand public. La direction de Solvay a réagi en créant une business unit dédiée au sein de sa division Specialty Polymers pour se concentrer exclusivement sur la fabrication additive.

« La fabrication additive s'aligne parfaitement sur les marchés clés de Solvay :production à forte valeur ajoutée, en faible volume et personnalisation de masse », explique Alexander. "Des secteurs comme l'aérospatiale et la santé exigent des milliers de pièces par an, et non des millions, ce qui fait de la fabrication additive la solution idéale."

Avec l’expiration des brevets clés SLS et FFF d’ici 2016, le marché s’est ouvert à de nouveaux entrants. Solvay a saisi l'opportunité, choisissant de considérer la fabrication additive comme un levier de croissance plutôt que comme une menace.

« Au cours de notre première année, nous avons discuté avec des clients de premier plan pour évaluer leur maturité en FA », se souvient Alexander. "À l'époque, beaucoup pensaient que la FA était une technologie uniquement prototype. Aujourd'hui, cette perception a radicalement changé."

Changer l'état d'esprit pour réussir la FA

L’unité Polymères Spéciaux de Solvay emploie environ 3 500 professionnels et possède l’un des portefeuilles de matériaux hautes performances les plus étendus du secteur :plus de 35 polymères distincts, chacun possédant des propriétés mécaniques, thermiques et chimiques uniques. Ces matériaux de grande valeur sont vendus en plus petits volumes, ce qui en fait un choix naturel pour la précision et la complexité exigées par la FA.

« Les processus de fabrication traditionnels ne se traduisent pas directement en FA », explique Alexander. « Vous devez repenser l'ensemble de la chaîne de valeur, de la formulation des matières premières à la conception des pièces et à l'optimisation des processus, pour obtenir des résultats cohérents et de haute qualité. »

L’objectif de Solvay est de devenir le premier fournisseur de solutions personnalisées et prêtes pour la fabrication additive. « Si nous commercialisions simplement nos résines existantes dans le domaine de la fabrication additive, nous échouerions », note Alexander. "Nous nous concentrons sur des matériaux spécialement conçus pour le processus de fabrication additive, avec des spécifications claires concernant la matière première, les paramètres d'impression et le post-traitement."

Le portefeuille de Solvay comprend plus de 35 polymères hautes performances [Crédit image :Solvay]

Développement de polymères hautes performances pour la fabrication additive

Alors que les débuts de la fabrication additive reposaient sur des matériaux grand public comme le PLA et l'ABS, les leaders de l'industrie exigent désormais des polymères de qualité industrielle tels que le PEEK et le PPSU.

« Le prototypage à lui seul ne permet pas de tirer pleinement parti des avantages de la FA », explique Alexander. "Pour la production en série, les concepteurs ont besoin d'un large spectre de données de tolérance à la température, de résistance mécanique et de qualification. Ce n'est qu'alors qu'ils peuvent exploiter les structures en treillis, l'allègement et la consolidation des pièces."

Pour répondre à ces besoins, Solvay a commencé ses recherches axées sur la FA avec la fabrication de filaments fondus (FFF), la technologie FA la plus accessible, ciblant les soins de santé (personnalisation de masse) et l'aérospatiale (production en petits lots).

Des matériaux clés :le PEEK, connu pour sa stabilité thermique exceptionnelle et son rapport résistance/poids, et le PPSU, apprécié pour sa résistance à la chaleur et sa durabilité chimique, ont été sélectionnés comme polymères de rampe de lancement.

« Comprendre le retrait, le gauchissement et la cohésion est essentiel », explique Alexander. "La connaissance prédictive des matériaux nous permet de fournir des profils d'impression fiables."

En 2017, Solvay a lancé son Additive Manufacturing Cup, invitant les étudiants universitaires du monde entier à imprimer des pièces complexes à l'aide de filament PEEK. Le succès du concours a démontré le potentiel inexploité de la FA et a renforcé la confiance de Solvay dans sa plateforme matérielle.

Les polymères hautes performances de Solvay comprennent le KetaSpire® PEEK et le Radel® PPSU [Crédit image :Solvay]

Un nouveau modèle économique :le commerce électronique direct au client

S'appuyant sur l'Additive Manufacturing Cup, Solvay a lancé une plateforme de commerce électronique révolutionnaire qui met ses polymères à la disposition de toute personne disposant d'une carte de crédit à des prix équitables.

« Nous nous sommes éloignés d'un modèle fermé et centré sur le distributeur », explique Alexander. "Notre plateforme propose des achats rapides et transparents et sert d'outil pédagogique pour la prochaine génération de designers."

La transparence des données est la pierre angulaire de l’approche de Solvay. « Les fiches techniques traditionnelles sur les produits chimiques se concentrent sur les pièces moulées par injection », note Alexander. "Nous fournissons des fiches techniques spécifiques à la fabrication additive, ce qui donne aux clients industriels confiance dans les performances des matériaux."

La plateforme de commerce électronique de Solvay pour les matériaux de fabrication additive [Crédit image :Solvay]

Contrôle des processus :la clé de la cohérence

Alexander souligne la nécessité d'un contrôle robuste des processus. "Un processus de fabrication additive mal géré conduit à des pièces poreuses aux propriétés mécaniques incohérentes."

Pour offrir une fiabilité plug-and-play, Solvay s'associe à des fabricants d'imprimantes pour affiner les profils d'impression adaptés à ses polymères. "Nous visons un matériau qui, une fois chargé, produit des pièces reproductibles à chaque impression."

Simulation des matériaux :prévision des performances avant l'impression

En 2018, Solvay s'est associé à e‑Xstream Engineering pour intégrer ses polymères hautes performances dans la plateforme de simulation Digimat‑AM.

« La simulation permet aux concepteurs de prédire le comportement thermomécanique pendant la phase de conception », explique Alexander. « Cela réduit les essais et erreurs coûteux et accélère la mise sur le marché. »

En ajoutant le PEEK et le PPSU de Solvay à Digimat‑AM, les utilisateurs peuvent désormais créer des jumeaux numériques de leurs pièces, évaluant virtuellement les itérations de conception avant l'impression.

En 2019, Solvay a ajouté du KetaSpire PEEK chargé de fibres de carbone et du Radel PPSU pur à la version Digimat-AM d'e‑Xstream Engineering [Crédit image :e‑Xstream Engineering]

Regard vers l'avenir :l'avenir des polymères FA

Alexander envisage un avenir dans lequel la fabrication additive complète plutôt qu’elle ne remplace les méthodes traditionnelles. "Le succès dépend de la qualification du processus :si le processus ne fonctionne pas, la pièce échoue."

Même si les coûts des matériaux restent élevés, Solvay s'attend à une baisse des prix à mesure que les volumes de production augmentent et que les applications se développent. L'entreprise vise à qualifier ses polymères auprès de 10 à 15 imprimeurs commerciaux, à étendre ses partenariats aux technologies basées sur les poudres telles que SLS et Multi‑Jet Fusion, et à collaborer avec des constructeurs OEM engagés dans une innovation de rupture.

Pour plus d'informations sur les solutions matérielles de Solvay, visitez Solvay.com .

Entretiens avec des experts

La série d'entretiens avec des experts de l'AMFG présente des entreprises et des individus innovants qui façonnent l'avenir de la fabrication additive. Pour plus d'informations sur la participation à la série, veuillez contacter marketing@amfg.ai .