Brian Alexander von Solvay über den Aufbau von Hochleistungspolymeren für die additive Fertigung

Da die Nachfrage nach Hochleistungspolymeren in der additiven Fertigung stark ansteigt, erweitern führende Materialunternehmen wie Solvay, BASF und SABIC ihre Portfolios, um den Anforderungen produktionstauglicher Anwendungen in den Bereichen Automobil, Medizin, Luft- und Raumfahrt und mehr gerecht zu werden.

Solvay, ein 10-Milliarden-Euro-Unternehmen mit einer 150-jährigen Tradition in der Materialwissenschaft, hat sich zu einem wichtigen Akteur bei weltweit eingesetzten Spezialpolymeren entwickelt. In diesem Interview teilt Brian Alexander – Gründer der Business Incubation Platform for Additive Manufacturing von Solvay – den strategischen Wandel des Unternehmens hin zu AM, die damit eröffneten Möglichkeiten und warum technisch hochwertige Materialien für die nächste Fertigungswelle unerlässlich sind.

Die AM-Chance erkennen

Brian Alexander, Solvay Specialty Polymers, Business Incubation Platform for Additive Manufacturing

Anfang 2016 hatte sich die additive Fertigung von der Nische zum Mainstream entwickelt. Die Führung von Solvay reagierte mit der Schaffung einer eigenen Geschäftseinheit innerhalb des Geschäftsbereichs Spezialpolymere, die sich ausschließlich auf AM konzentrierte.

„Die additive Fertigung passt perfekt zu den Kernmärkten von Solvay – hochwertige Kleinserienproduktion und kundenspezifische Massenfertigung“, erklärt Alexander. „Branchen wie die Luft- und Raumfahrt und das Gesundheitswesen fordern Tausende von Teilen pro Jahr, nicht Millionen, was AM zur idealen Lösung macht.“

Mit dem Auslaufen wichtiger Patente in SLS und FFF im Jahr 2016 öffnete sich der Markt für neue Marktteilnehmer. Solvay nutzte die Chance und beschloss, AM als Wachstumshebel und nicht als Bedrohung zu betrachten.

„In unserem ersten Jahr haben wir mit führenden Kunden gesprochen, um deren AM-Reifegrad einzuschätzen“, erinnert sich Alexander. „Damals glaubten viele, AM sei eine reine Prototypentechnologie. Heute hat sich diese Wahrnehmung dramatisch verändert.“

Änderung der Denkweise für AM-Erfolg

Die Spezialpolymersparte von Solvay beschäftigt rund 3.500 Fachkräfte und verfügt über eines der umfangreichsten Portfolios an Hochleistungsmaterialien der Branche – über 35 verschiedene Polymere, jedes mit einzigartigen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften. Diese hochwertigen Materialien werden in kleineren Mengen verkauft und eignen sich daher hervorragend für die von AM geforderte Präzision und Komplexität.

„Traditionelle Fertigungsprozesse lassen sich nicht direkt auf AM übertragen“, sagt Alexander. „Sie müssen die gesamte Wertschöpfungskette neu gestalten – von der Rohstoffformulierung über das Teiledesign bis hin zur Prozessoptimierung – um konsistente, qualitativ hochwertige Ergebnisse zu erzielen.“

Ziel von Solvay ist es, der führende Anbieter maßgeschneiderter, AM-fähiger Lösungen zu werden. „Wenn wir einfach unsere alten Harze im AM-Bereich vermarkten würden, würden wir zu kurz kommen“, bemerkt Alexander. „Unser Fokus liegt auf Materialien, die speziell für den AM-Prozess entwickelt wurden, mit klaren Spezifikationen für Ausgangsmaterial, Druckparameter und Nachbearbeitung.“

Solvays Portfolio umfasst mehr als 35 Hochleistungspolymere [Bildnachweis:Solvay]

Entwicklung von Hochleistungspolymeren für AM

Während die frühe AM auf verbrauchertaugliche Materialien wie PLA und ABS angewiesen war, verlangen Branchenführer heute industrietaugliche Polymere wie PEEK und PPSU.

„Prototyping allein erschließt nicht alle Vorteile von AM“, erklärt Alexander. „Für die Serienproduktion benötigen Konstrukteure ein breites Spektrum an Temperaturtoleranz-, mechanischen Festigkeits- und Qualifikationsdaten. Nur dann können sie Gitterstrukturen, Leichtbau und Teilekonsolidierung nutzen.“

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, begann Solvay seine AM-fokussierte Forschung mit Fused Filament Fabrication (FFF), der am besten zugänglichen AM-Technologie, die auf das Gesundheitswesen (Massenanpassung) und die Luft- und Raumfahrt (Kleinserienproduktion) abzielt.

Schlüsselmaterialien – PEEK, bekannt für seine außergewöhnliche thermische Stabilität und sein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, und PPSU, geschätzt für seine Hitzebeständigkeit und chemische Beständigkeit – wurden als Polymere für die Startrampe ausgewählt.

„Das Verständnis von Schrumpfung, Verzug und Kohäsion ist von entscheidender Bedeutung“, sagt Alexander. „Vorausschauendes Materialwissen ermöglicht es uns, zuverlässige Druckprofile bereitzustellen.“

Im Jahr 2017 startete Solvay seinen Additive Manufacturing Cup und lud Universitätsstudenten weltweit ein, komplexe Teile mit PEEK-Filament zu drucken. Der Erfolg des Wettbewerbs zeigte das ungenutzte Potenzial von AM und bestärkte Solvays Vertrauen in seine Materialplattform.

Zu den Hochleistungspolymeren von Solvay gehören KetaSpire® PEEK und Radel® PPSU [Bildnachweis:Solvay]

Ein neues Geschäftsmodell:Direct-to-Customer E-Commerce

Aufbauend auf dem Additive Manufacturing Cup führte Solvay eine bahnbrechende E-Commerce-Plattform ein, die seine Polymere jedem mit einer Kreditkarte zu fairen Preisen zur Verfügung stellt.

„Wir haben uns von einem geschlossenen, vertriebszentrierten Modell verabschiedet“, sagt Alexander. „Unsere Plattform bietet einen schnellen und transparenten Einkauf und dient als Bildungsinstrument für die nächste Generation von Designern.“

Datentransparenz ist ein Eckpfeiler des Solvay-Ansatzes. „Herkömmliche chemische Datenblätter konzentrieren sich auf Spritzgussteile“, bemerkt Alexander. „Wir stellen AM-spezifische Datenblätter zur Verfügung und geben Industriekunden Vertrauen in die Materialleistung.“

Solvays E-Commerce-Plattform für AM-Materialien [Bildnachweis:Solvay]

Prozesskontrolle:Der Schlüssel zur Konsistenz

Alexander betont die Notwendigkeit einer robusten Prozesskontrolle. „Ein schlecht verwalteter AM-Prozess führt zu porösen Teilen mit inkonsistenten mechanischen Eigenschaften.“

Um Plug-and-Play-Zuverlässigkeit zu gewährleisten, arbeitet Solvay mit Druckerherstellern zusammen, um auf seine Polymere zugeschnittene Druckprofile zu optimieren. „Wir streben nach einem Material, das, sobald es geladen ist, bei jedem Druck wiederholbare Teile erzeugt.“

Materialsimulation:Vorhersage der Leistung vor dem Drucken

Im Jahr 2018 ging Solvay eine Partnerschaft mit e-Xstream Engineering ein, um seine Hochleistungspolymere in die Simulationsplattform Digimat-AM zu integrieren.

„Durch Simulation können Designer das thermomechanische Verhalten während der Entwurfsphase vorhersagen“, erklärt Alexander. „Das reduziert kostspielige Versuche und Irrtümer und beschleunigt die Markteinführung.“

Durch das Hinzufügen von Solvays PEEK und PPSU zu Digimat-AM können Benutzer jetzt digitale Zwillinge ihrer Teile erstellen und Design-Iterationen vor dem Drucken virtuell bewerten.

Im Jahr 2019 fügte Solvay der Digimat-AM-Version von e-Xstream Engineering kohlefasergefülltes KetaSpire PEEK und reines Radel PPSU hinzu [Bildnachweis:e-Xstream Engineering]

Ein Blick in die Zukunft:Die Zukunft der AM-Polymere

Alexander stellt sich eine Zukunft vor, in der die additive Fertigung traditionelle Methoden eher ergänzt als ersetzt. „Erfolg hängt von der Prozessqualifizierung ab – wenn der Prozess nicht funktioniert, fällt das Teil aus.“

Während die Materialkosten weiterhin hoch bleiben, geht Solvay davon aus, dass die Preise sinken werden, wenn die Produktionsmengen steigen und die Anwendungen ausgeweitet werden. Ziel des Unternehmens ist es, seine Polymere für 10 bis 15 kommerzielle Drucker zu qualifizieren, Partnerschaften auf pulverbasierte Technologien wie SLS und Multi-Jet Fusion auszuweiten und mit OEMs zusammenzuarbeiten, die sich für bahnbrechende Innovationen einsetzen.

Weitere Informationen zu den Materiallösungen von Solvay finden Sie unter Solvay.com .

Experteninterviews

Die Experteninterviews-Reihe von AMFG stellt innovative Unternehmen und Einzelpersonen vor, die die Zukunft der additiven Fertigung gestalten. Für weitere Informationen zur Teilnahme an der Serie wenden Sie sich bitte an marketing@amfg.ai .