Solvays Brian Alexander über High-Performance-Polymere für additive Fertigung

Mit beschleunigter Nachfrage nach High-Performance-Polymeren in additiver Fertigung erweitern große Materialplayer ihre Portfolios. Während die Industrie vom Prototyping zur Serienproduktion shiftet, war der Bedarf an Engineering-Grade-Materialien, die strenge Performance-Kriterien über Automotive, Medizintechnik, Aerospace und andere Sektoren erfüllen, nie größer. Solvay, BASF, SABIC und andere entwickeln nun aktiv AM-spezifische Polymere.

Solvay ist ein 10-Mrd.-€-Unternehmen mit über 150 Jahren Materialexpertise. In der Additive Manufacturing Landscape featured, beliefert der belgische Konzern Spezialmaterialien diverse Sektoren, von Automotive bis Aerospace.

Diese Woche sprechen wir mit Brian Alexander, Gründer von Solvay Speciality Polymers Business Incubation Platform für Additive Manufacturing, über die Expansion des Unternehmens in AM, die strategischen Chancen der Technologie und warum High-Performance-Materialien essenziell für Advanced Manufacturing sind.

Die Chance additiver Fertigung erkennen

Anfang 2016 war additive Fertigung nicht mehr zu ignorieren. Interne Deliberationen führten Solvay zur Etablierung einer dedizierten Business Unit innerhalb der Speciality Polymers Division, fokussiert ausschließlich auf AM.

„Additive Fertigung aligns perfekt mit Solvays Kernmärkten“, erklärt Alexander. „Wir bedienen High-Value-Sektoren, wo Kleinserien und Mass Customization die Norm sind – denken Sie an Aerospace und Healthcare – statt Massenproduktion von Millionen Teilen.“

„Wir erkannten AMs transformatives Potenzial: Es konnte Bedrohung oder Chance sein. Wir wählten Letzteres.“

Mit Schlüsseltechnologien wie SLS und FFF, die 2016 in die Public Domain übergingen, sah Solvay einen sich erweiternden Markt und neue Wettbewerber eintreten. Alexander merkt an, dass der Hype um AM einen pragmatischen Ansatz erforderte.

„Im ersten Jahr surveyten wir Top-Kunden zu ihrer AM-Adoption. 2018 waren die meisten skeptisch – ‚interessant, aber nicht für Massenproduktion.‘ Diese Sicht hat sich seither gewandelt.“

AM erfordert Mindset-Shift

Solvay Speciality Polymers, eine der Geschäftseinheiten des Konzerns, beschäftigt ca. 3.500 Mitarbeiter. „Wir bieten eines der umfassendsten Portfolios an High-Performance-Polymeren mit rund 35 distincten Formulierungen“, sagt Alexander.

Diese Premium-Materialien werden in kleineren Volumen verkauft, was gut mit AMs Bedarf an spezialisierten, hochwertigen Teilen aligniert, die von der Technologiekomplexität und Skaleneffekten profitieren.

„AM verlangt einen fundamental anderen Mindset im Vergleich zu konventioneller Fertigung. Sie müssen die gesamte Wertschöpfungskette redesignen – von Materialien über Design, Equipment bis Prozessoptimierung.“

„Der Versuch, Legacy-Harze im AM-Raum zu vermarkten, wäre gescheitert“, gibt Alexander zu. „Unser Ziel ist es, führender Lieferant von maßgeschneiderten, AM-ready High-Performance-Lösungen zu werden.“

Was bedeutet das in der Praxis?

„Sie müssen präzise verstehen, was in die Maschine geht“, stellt Alexander klar. „Jegliche unkontrollierte Variabilität in der Lieferkette kompromittiert Prozesskontrolle, was kritisch für Materialqualifikation in Nischenmärkten wie Medizintechnik oder Aerospace ist.“

Der Weg zur Entwicklung von High-Performance-Polymeren für additive Fertigung

„Additive Fertigung begann mit Low-Performance-Materialien wie PLA und ABS, geeignet für Toys und Prototypen“, merkt Alexander an. „Um AMs volles Potenzial freizusetzen, sind industrielle Polymere – wie PEEK – erforderlich.“

Die wachsende Nachfrage nach Industrial-Grade-Materialien reflektiert den Transition der Industrie von Prototyp-only zu Serienproduktion.

„Fokus ausschließlich auf Prototyping verfehlt AMs Benefits, weil diese Teile nicht für additive Prozesse designed sind“, erklärt Alexander. „Serienproduktion verlangt breite Palette thermischer, mechanischer und Qualifikationsdaten für das gewünschte Design.“

Entwicklung AM-spezifischer High-Performance-Polymere ist herausfordernd, gegeben die Vielfalt an AM-Technologien und Solvays umfangreichem Materialportfolio.

Letztlich wählte das Unternehmen Fused Filament Fabrication (FFF) als Startpunkt – die zugänglichste AM-Technologie.

Solvay targetete zwei Schlüsselmärkte für initiales Testing: Healthcare mit seinen Mass-Customization-Bedürfnissen und Aerospace, das auf Kleinserienproduktion setzt.

„Unsere Fragen waren: Wie nutzen diese Märkte aktuell unsere Materialien, und wie können wir sie für 3D-Druck enablen?“ sagt Alexander. „Dieser Ansatz erweitert Kundenfähigkeiten über traditionelle Fertigung hinaus.“

PEEK und PPSU wurden als initiale Polymere gewählt.

PEEK ist bekannt für exzellente Stabilität, chemische und Temperaturbeständigkeit und überlegenes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis – ideal für Flugzeugkomponenten, Automotive-Lager, Oil & Gas und elektronische Anwendungen.

PPSU bietet hohe Hitzebeständigkeit, herausragende chemische und Schlagfestigkeit und excellente Dehnung bei Bruch, geeignet für Medizinprodukte, Sanitär und Food-Service-Komponenten.

„In AM ist Verständnis Materialverhalten – Schrumpfung, Verzug, Kohäsion – essenziell“, betont Alexander. „Diese Eigenschaften können vorhergesagt werden, wenn das Material gut verstanden ist.“

Solvay launchte seinen Additive Manufacturing Cup im Oktober 2017, lud Universitätsstudenten weltweit ein, AM-Skills mit PEEK-Filament zu zeigen. Alexander berichtet, die Ergebnisse waren „phänomenal“.

„Studierende innovierten schnell, demonstrierend, dass mit richtiger Unterstützung das volle Technologiepotenzial realisiert werden kann“, sagt er, was Vertrauen für neue Wege befeuerte.

Ein neues Geschäftsmodell entsteht

Der Erfolg des Additive Manufacturing Cups führte Solvay zu neuem Kundenengagement via neuer E-Commerce-Plattform.

„Wir verließen den Closed-Model-Ansatz und öffneten unsere Materialien für jeden mit Kreditkarte“, erklärt Alexander. „Schnelle, transparente, faire Preise sind beispiellos für einen großen Chemiekonzern. Unser ultimatives Ziel: nächste Generation inspirieren, unsere Materialien zu nutzen.“

Datentransparenz ist pivotal beim Bedienen industrieller Klienten. „Andere Chemieunternehmen liefern generische Datenblätter basierend auf spritzgegossenen Teilen“, merkt Alexander an. „Wir veröffentlichen umfassende Daten zu additiv gefertigten Teilen, um Klienten Vertrauen zu geben.“

Warum Prozesskontrolle wichtig ist

Alexander unterstreicht die Kritikalität von Prozesskontrolle. „Ohne robusten Prozess oder geeignetes Equipment leidet Teilequalität.“

Zu diesem Zweck kollaboriert Solvay mit 3D-Drucker-Herstellern, um Druckprofile mit Polymerspezifikationen zu alignen.

„Die meisten industriellen Nutzer suchen Plug-and-Play-Lösungen – ein Material, das eingesetzt werden kann und konsistente Teile produziert“, sagt er. „Das ist die Richtung, in die wir uns bewegen.“

Zwischen 2017 und 2018 lernte Solvay, dass Druckparameter signifikant Porosität und Voids beeinflussen, was wiederum Festigkeit und Dehnung bei Bruch impactet. „Konsistente, homogene Teile verlangen tiefes Verständnis Materialverarbeitung.“

„Um AMs volles Potenzial zu nutzen – Gitter, Leichtbau, Teilkonsolidierung – müssen Sie verstehen, wie sich Ihr Material in komplexen Geometrien verhält und Design für AM optimieren.“

Die Rolle der Materialsimulation

Solvay expandiert kontinuierlich seine AM-Materialfähigkeiten.

Letztes Jahr partnerte das Unternehmen mit e-Xstream Engineering, integrierend Solvays High-Performance-Polymere in die Digimat-AM Simulationsplattform.

3D-Drucksimulation wird zunehmend kritisch für Vorhersage Teileverhalten vor Druck.

Durch Digimat-AM können Nutzer nun thermomechanische Performance von Solvay-Polymeren während Design simulieren, eliminierend viel des Trial-and-Error traditionell assoziiert mit AM.

Alexander erklärt das Partnerschaftsziel: „Bereitstellung eines Digital Twins unseres Materials erlaubt Designern, Konzepte ohne 24-Stunden-Druckzyklus zu testen. Prädiktive Simulation fügt signifikanten Wert hinzu und beschleunigt Time-to-Market.“

Die Zukunft der AM-Polymere

Alexander bietet eine philosophische Perspektive auf AMs Zukunft.

„Ich bin begeistert von AMs Versprechen. Größere Unternehmen bewegen sich von anwendungszentriertem zu prozessqualifikationszentriertem Mindset“, sagt er. „Wenn ein Prozess nicht zuverlässig ist, versagt das Teil. Es ist simpel.“

Er merkt an, dass AM traditionelle Fertigung komplementieren, nicht ersetzen wird, und neue Chancen eröffnet.

Bezüglich Materialkosten bleibt Alexander optimistisch. „Skaleneffekte sind aktuelle Challenge, Preise sind heute hoch. Mit wachsenden Volumen und diversifizierenden Anwendungen werden Preise fallen.“

2019 wird pivotal, während Solvay an Qualifizierung seiner additiven Prozesse arbeitet. „Wir zielen auf Partnerschaft mit 10–15 kommerziellen Druckern, um konsistenten Druck unserer Polymere zu gewährleisten“, sagt er.

Solvay verfolgt auch weitere Kollaborationen, besonders in Advanced Materials und anderen AM-Technologien wie SLS und Multi-Jet Fusion, und mit Schlüssel-OEMs, bereit in disruptive Lösungen zu investieren.

Mehr über Solvay: Solvay.

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