Brian Alexander de Solvay sur la construction de polymères haute performance pour la fabrication additive

Alors que la demande de polymères haute performance en fabrication additive explose, les grandes entreprises de matériaux comme Solvay, BASF et SABIC étendent leurs portefeuilles pour répondre aux besoins d'applications de grade production dans l'automobile, le médical, l'aérospatial et plus.

Solvay, une entreprise de 10 milliards € avec un héritage de 150 ans en science des matériaux, est devenue un acteur clé dans les polymères de spécialité utilisés mondialement. Dans cette interview, Brian Alexander – fondateur de la Plateforme d'Incubation Business de Solvay pour la Fabrication Additive – partage le virage stratégique de l'entreprise vers la FA, les opportunités qu'elle débloque, et pourquoi les matériaux de grade ingénierie sont essentiels pour la prochaine vague de fabrication.

Reconnaître l'opportunité FA

Brian Alexander, Solvay Polymères de Spécialité, Plateforme d'Incubation Business pour la Fabrication Additive

Début 2016, la fabrication additive était passée de niche à mainstream. La direction de Solvay a répondu en créant une unité d'affaires dédiée au sein de sa division Polymères de Spécialité pour se concentrer exclusivement sur la FA.

« La fabrication additive s'aligne parfaitement avec les marchés cœurs de Solvay – production haute valeur, faible volume et personnalisation de masse », explique Alexander. « Des industries comme l'aérospatial et la santé demandent des milliers de pièces par an, pas des millions, ce qui fait de la FA un ajustement idéal. »

Avec l'expiration de brevets clés en SLS et FFF d'ici 2016, le marché s'est ouvert aux nouveaux entrants. Solvay a saisi l'opportunité, choisissant de voir la FA comme un levier de croissance plutôt qu'une menace.

« En notre première année, nous avons parlé avec des clients leaders pour jauger leur maturité FA », se rappelle Alexander. « À l'époque, beaucoup croyaient que la FA était une technologie prototype-seulement. Aujourd'hui, cette perception a radicalement changé. »

Changer l'état d'esprit pour le succès FA

L'unité Polymères de Spécialité de Solvay emploie environ 3 500 professionnels et possède l'un des portefeuilles les plus étendus de matériaux haute performance de l'industrie – plus de 35 polymères distincts, chacun avec des propriétés mécaniques, thermiques et chimiques uniques. Ces matériaux à haute valeur sont vendus en volumes plus petits, les rendant naturellement adaptés à la précision et la complexité demandées par la FA.

« Les processus de fabrication traditionnels ne se traduisent pas directement en FA », dit Alexander. « Vous devez redessiner toute la chaîne de valeur – de la formulation matière première à la conception de pièce et l'optimisation de processus – pour atteindre des résultats cohérents et de haute qualité. »

L'objectif de Solvay est de devenir le fournisseur premier de solutions sur mesure, prêtes pour la FA. « Si nous commercialisions simplement nos résines legacy dans l'espace FA, nous échouerions », note Alexander. « Notre focus est sur les matériaux conçus spécifiquement pour le processus FA, avec des spécifications claires pour la matière première, les paramètres d'impression et le post-traitement. »

Le portefeuille de Solvay comprend plus de 35 polymères haute performance [Crédit image : Solvay]

Développer des polymères haute performance pour la FA

Alors que la FA précoce reposait sur des matériaux grand public comme PLA et ABS, les leaders de l'industrie exigent maintenant des polymères de grade industriel comme PEEK et PPSU.

« Le prototypage seul ne débloque pas les pleins bénéfices de la FA », explique Alexander. « Pour la production en série, les concepteurs ont besoin d'un large spectre de tolérance température, résistance mécanique, et données de qualification. Seulement alors peuvent-ils exploiter les structures en treillis, l'allègement et la consolidation de pièces. »

Pour répondre à ces besoins, Solvay a commencé sa recherche axée FA avec la Fabrication par Filament Fondu (FFF), la technologie FA la plus accessible, ciblant la santé (personnalisation de masse) et l'aérospatial (petite série).

Les matériaux clés – PEEK, connu pour sa stabilité thermique exceptionnelle et son ratio résistance/poids, et PPSU, prisé pour sa résistance à la chaleur et sa durabilité chimique – ont été sélectionnés comme polymères de lancement.

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

En 2017, Solvay a lancé sa Coupe de Fabrication Additive, invitant des étudiants universitaires mondialement à imprimer des pièces complexes en filament PEEK. Le succès de la compétition a démontré le potentiel inexploité de la FA et renforcé la confiance de Solvay dans sa plateforme matériaux.

Les polymères haute performance de Solvay incluent KetaSpire® PEEK et Radel® PPSU [Crédit image : Solvay]

Un nouveau modèle d'affaires : E-Commerce direct-client

Sur la base de la Coupe FA, Solvay a introduit une plateforme e-commerce révolutionnaire qui rend ses polymères disponibles à prix justes à quiconque a une carte de crédit.

« Nous nous sommes éloignés d'un modèle fermé, centré distributeurs », dit Alexander. « Notre plateforme offre un achat rapide, transparent et sert d'outil éducatif pour la prochaine génération de concepteurs. »

La transparence des données est une pierre angulaire de l'approche de Solvay. « Les fiches techniques chimiques traditionnelles se concentrent sur les pièces moulées par injection », note Alexander. « Nous fournissons des fiches techniques spécifiques FA, donnant aux clients industriels confiance dans la performance matériaux. »

Plateforme e-commerce de Solvay pour matériaux FA [Crédit image : Solvay]

Contrôle de processus : La clé de la cohérence

Alexander souligne la nécessité d'un contrôle de processus robuste. « Un processus FA mal géré mène à des pièces poreuses avec des propriétés mécaniques incohérentes. »

Pour livrer une fiabilité plug-and-play, Solvay s'associe avec 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 répétables à chaque impression. »

Simulation matériaux : Prédire la performance avant l'impression

En 2018, Solvay a partenarié avec e-Xstream Engineering pour intégrer ses polymères haute performance 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-erreurs coûteux et accélère la mise sur le marché. »

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

En 2019, Solvay a ajouté le KetaSpire PEEK chargé fibre de carbone et le 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 futur où la fabrication additive complète plutôt que ne remplace les méthodes traditionnelles. « Le succès repose sur la qualification de processus – si le processus ne marche pas, la pièce échoue. »

Bien que les coûts matériaux restent élevés, Solvay s'attend à ce qu'ils baissent à mesure que les volumes de production grandissent et les applications s'étendent. L'entreprise vise à qualifier ses polymères sur 10-15 imprimantes commerciales, étendre les partenariats vers les technologies basées poudre comme SLS et Multi-Jet Fusion, et collaborer avec des OEM engagés dans l'innovation disruptive.

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

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