专家访谈：索尔维的 Brian Alexander 关于开发用于 3D 打印的高性能聚合物

由于 SLS 和 FFF 等多项技术专利已于 2016 年到期，Alexander 解释说，这也影响了 Solvay 对不断发展的市场的看法。

“市场开辟了更多新的领域新兴的参与者为聚合物方面开辟了关键机会。当然，伴随着机会而来的还有很多炒作——所以我们采取务实的方法很重要。”

亚历山大指出，这个行业在短短三年内发生了怎样的变化。

“在我们的第一年，我们采访了许多顶级客户，以了解他们的需求以及他们与 AM 合作的情况。令人惊讶的是，当我们在 2016 年这样做时，几乎没有人相信 AM。 “这很有趣，但它不适用于大规模生产”是普遍的看法。当然，现在一切都变了。”

AM 需要转变心态

索尔维特种聚合物是索尔维集团旗下的业务部门之一，拥有约 3,500 名员工。 “我们的价值主张是我们拥有市场上最大的高性能材料组合之一，”亚历山大说。 “我们可以提供大约 35 种不同的聚合物，所有聚合物都具有独特的特性。”

这些聚合物是高价值材料，销量较小。这反过来又补充了增材制造，其中专业的、高价值的应用可以从技术所需的规模经济和复杂性中受益。

然而，亚历山大指出，开发专门用于增材制造工艺的材料需要转变思维方式。

“我们很快意识到 AM 的整体思维方式与传统制造完全不同。您必须完全重新设计您的价值链。从材料到设计，几乎一切都需要改变，当然还有优化您的设备和流程。

“我们知道，如果我们试图在 AM 领域销售我们的标准树脂，其中一些已经存在了 30 年，我们不会成功。因此，我们的目标是成为定制的高性能 AM 就绪解决方案的领先供应商。”

这在实践中意味着什么？

“好吧，我们需要确切地知道机器中的内容，”亚历山大说。 “如果我们用各种不同的步骤污染价值链，并且不知道机器中的内容，那么我们就无法控制这个过程。如果您要使材料符合医疗或航空航天等高价值利基市场的要求，这一点至关重要。”

开发用于添加剂的高性能聚合物之路

“增材制造始于性能相当低的材料，如 PLA 和 ABS，”亚历山大说。 “这些非常适合制作玩具和小工具之类的东西。但要充分发挥这项技术的优势，您将需要更多工业级材料，例如 PEEK。”

对工业级材料日益增长的需求可能与整个行业从使用 3D 打印进行批量生产的转变有关，而不仅仅是原型制作。

正如亚历山大所说：“如果你只专注于原型制作，你真的无法获得增材制造的任何好处，因为这些部件不是为 AM 设计的。所以你永远不会得到相同的属性。

“在批量生产中，如果您想在您选择的材料中制造零件，您必须拥有广泛的温度范围、机械性能、资质、批准等。只有这样，您才能将所有这些元素结合在一起，以获得您真正想要的设计。因此，我们致力于提供比市场上可用的材料更多的高性能材料。”

开发专门用于增材制造的高性能聚合物绝非易事，尤其是因为其范围市场上的 3D 打印技术和索尔维广泛的材料组合。

最后，该公司选择从熔丝制造 (FFF) 开始，这是最容易获得的 3D 打印技术。

在测试这些初始材料时，索尔维还考虑了两个关键目标市场：用于大规模定制应用的医疗保健和用于小批量生产的航空航天。

“我们问的关键问题是：我们的材料目前在这些市场中的使用情况如何，我们如何才能使它们能够进行 3D 打印？这将使我们的客户有机会进一步使用我们的材料，作为对他们传统制造的补充。”

PEEK（聚醚醚酮）和 PPSU（聚苯砜）被选为两种聚合物开始和。

PEEK以其卓越的稳定性、耐化学性和耐温性以及出色的强度重量比而闻名。它用于要求苛刻的环境，包括飞机部件、汽车轴承、石油和天然气以及电子部件。

同样，PPSU 具有高耐热性和优异的耐化学性和抗冲击性以及断裂伸长率。它可用于医疗设备、管道和食品服务应用等应用，仅举几例。

“谈到增材制造，您必须从收缩、翘曲和内聚力方面了解您的材料，”Alexander 说，“所有这些特性都与材料本身有关，如果您足够了解您的材料。”

索尔维还在 2017 年 10 月推出了增材制造杯。该比赛邀请世界各地的大学生通过使用其 PEEK 灯丝进行生产来展示他们的“增材制造能力”复杂的零件。亚历山大说，结果是惊人的。

“我们对得到的结果感到惊讶。学生们能够非常迅速地进行创新。它表明，如果有人可以帮助实现变革，那么变革的能力就存在。这让我们有信心尝试不同的东西。”

一种新的商业模式出现

其增材制造杯的结果促使索尔维开发了一种吸引客户的新方式：通过新的电子商务平台。

“我们决定不走传统路线，以封闭模式运营以合理的价格向任何拥有信用卡的人提供我们的材料，”亚历山大说。

“它使聚合物材料的购买变得快速、透明且容易——而且它是大型化工公司在市场上推出的同类产品中的首创。我们的最终目标是激励下一代使用我们的材料。”

在为工业客户服务时，对于索尔维来说，数据是关键。 “当您查看其他化工公司的数据表时，它们只是注塑件的数据表，”亚历山大解释道。 “这就是为什么我们决定提供增材制造零件的所有数据。这是让我们的工业客户对我们的材料充满信心的问题。”

为什么过程控制很重要

Alexander 清楚地说明了过程控制的重要性。 “没有好的工艺或好的设备，你最终会得到一个糟糕的零件。这就是为什么我们在发展合作伙伴关系方面付出了很多努力。例如，我们正在尝试与 3D 打印机制造商合作，帮助他们了解如何加工我们的聚合物以及我们需要从机器上获得的打印配置文件。

“我们的大多数工业用户都希望有一个即插即用的解决方案：他们可以将一种材料放入机器中，并且每次都以相同的方式输出零件。在索尔维，我们明白这就是我们最终想要去的地方。”

Alexander 进一步解释了为什么能够控制增材制造过程如此重要。 “我们在 2017 年至 2018 年间了解到，如何打印零件至关重要。如果材料中出现高孔隙率和微观和宏观空隙，您的强度和断裂应变将根本不一致。做到这一点的唯一方法是学习如何处理您的材料并调整该过程以获得完全均质的零件。

“如果您想获得 AM 的全部优势——晶格、轻量化、零件整合等——您需要了解如何处理您的材料，并了解您的材料在晶格结构、周边边缘和如何优化现有设计以使其适用于 AM。”

材料模拟的作用

索尔维正在继续其扩大增材制造材料能力的目标。

去年，该公司宣布与仿真软件提供商 e-Xstream 工程公司建立合作伙伴关系。通过合作，索尔维的高性能聚合物将被添加到公司的 Digimat-AM 平台中，用于材料模拟。

3D 打印模拟正在兴起，因为在将设计发送到打印之前预测零件的行为变得越来越重要。

Digimat-AM 使用户能够模拟 3D 打印过程。与 Solvay 的合作意味着用户现在可以在设计阶段预测 Solvay 聚合物的热机械行为。通过以数字方式重新创建物理条件和零件行为，可以消除增材制造过程中常见的许多反复试验。

亚历山大解释了合作的目标。

“目标是让用户获得他们材料的数字孪生。借助 Digimat-AM，您现在可以使用市场上所有的 Solvay AM 就绪材料进行设计和模拟。

“当设计师想要测试一个概念时，他们可能要花费长达 24 小时来打印一个可能无法工作甚至可能是错误设计的部件。但是，如果您能在等式中排除猜测并在打印之前预测零件的行为，那么您将为客户增加重要价值，并加快上市速度。”

增材制造聚合物的未来

就增材制造的未来而言，Alexander 有着相当哲学的观点。

“老实说，我对 AM 的承诺感到最兴奋。较大的公司更有动力通过从应用程序或资格认证方法转变为承认流程资格认证的必要性来实现这一承诺。这是最令人兴奋的趋势。如果你没有一个有效的过程，你就没有成功的部分。就这么简单。此外，我认为 AM 不会完全取代传统的制造方法，但它肯定可以互补并创造新的想法和机会。”

对于材料成本，亚历山大是积极的。 “当然，规模经济是当前的挑战，价格仍然相当高。这就是目前的情况。我们必须创造市场。所以我相信，随着产量的增加和应用的扩大，价格会下降。”

对于索尔维来说，2019 年将是忙碌的一年，因为它继续致力于对添加剂工艺进行认证。 “我们正在尝试将我们的打印配置文件应用程序应用于许多打印供应商，”亚历山大解释道。 “我们的目标是拥有 10 -15 台能够始终如一地打印我们的聚合物的商业打印机。

“我们也在寻求更多的合作伙伴关系，特别是在先进材料方面，并转向其他技术和其他材料。这些将包括基于粉末的技术，如 SLS 和 Multi Jet Fusion。最后，我们正在与我们的主要 OEM 合作，这些 OEM 具有投资于具有颠覆性的事物的心态和能力。”

要了解有关 Solvay 的更多信息，请访问：https://www.solvay .com/cn

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