전문가 인터뷰:3D 인쇄용 고성능 폴리머 개발에 관한 Solvay의 Brian Alexander

SLS 및 FFF와 같은 기술에 대한 다수의 특허가 2016년까지 만료됨에 따라 Alexander는 이것이 또한 진화하는 시장에 대한 Solvay의 관점에 영향을 미쳤다고 설명합니다.

“시장이 훨씬 더 다양하고 새롭게 열리고 있습니다. 신흥 플레이어는 사물의 폴리머 측면에 대한 핵심 기회를 열었습니다. 물론 기회와 함께 과대 광고도 많이 발생했습니다. 따라서 실용적인 접근 방식을 취하는 것이 중요했습니다.”

Alexander는 불과 3년 만에 업계가 어떻게 변했는지 설명합니다.

“첫 해에 우리는 많은 주요 고객을 인터뷰하여 그들의 요구 사항과 AM과 함께한 위치를 이해했습니다. 놀랍게도 2016년에 이것을 했을 때 AM을 믿는 사람은 거의 없었습니다. '재미있지만 양산용은 아니다'가 일반적인 감상이었다. 물론 지금은 모든 것이 바뀌었습니다.”

AM은 사고 방식의 전환이 필요합니다.

Solvay Specialty Polymers는 Solvay 그룹 내 사업부 중 하나이며 약 3,500명의 직원으로 구성되어 있습니다. "우리의 가치 제안은 시장에서 가장 큰 고성능 재료 포트폴리오 중 하나를 보유하고 있다는 것입니다."라고 Alexander는 말합니다. "저희는 모두 고유한 특성을 지닌 약 35가지의 다양한 폴리머를 제공하고 있습니다."

이 폴리머는 소량으로 판매되는 고부가가치 소재입니다. 이는 결국 전문화된 고부가가치 애플리케이션이 기술이 요구하는 규모의 경제와 복잡성의 이점을 누릴 수 있는 적층 제조를 보완합니다.

그러나 특히 적층 제조 공정을 위한 재료를 개발하려면 사고 방식의 전환이 필요하다고 Alexander는 말합니다.

“우리는 AM에 대한 전체적인 사고 방식이 기존 제조 방식과 완전히 다르다는 것을 곧 깨달았습니다. 가치 사슬을 완전히 재설계해야 합니다. 재료에서 디자인에 이르기까지 거의 모든 것이 변경되어야 하며 물론 장비와 프로세스 최적화도 필요합니다.

“30년 동안 사용된 일부 표준 수지를 AM 공간에서 판매하려고 하면 성공할 수 없다는 것을 알고 있었습니다. 따라서 우리의 목표는 맞춤형 고성능 AM 지원 솔루션의 선두 공급업체가 되는 것이었습니다.”

실제로 이것이 의미하는 바는 무엇입니까?

Alexander는 "음, 기계에 무엇이 들어가는지 정확히 알아야 합니다."라고 말합니다. “모든 종류의 다른 단계로 가치 사슬을 오염시키고 기계에 무엇이 들어가는지 전혀 모른다면 프로세스를 제어할 수 없습니다. 의료 또는 항공 우주와 같은 매우 고부가가치 틈새 시장에 재료를 적합하게 하려는 경우에 이것은 매우 중요합니다."

첨가제용 고성능 폴리머 개발의 길

"적층 제조는 PLA 및 ABS와 같이 성능이 상당히 낮은 재료로 시작되었습니다."라고 Alexander는 말합니다. “장난감이나 가제트를 만드는 데 아주 좋습니다. 그러나 기술의 이점을 최대한 활용하려면 예를 들어 PEEK와 같은 더 많은 산업 등급 재료가 필요합니다.”

산업용 재료에 대한 수요 증가는 프로토타이핑뿐만 아니라 연속 생산에 3D 프린팅을 사용하는 산업 전반의 변화와 관련이 있습니다.

Alexander가 말했듯이 :“시제품 제작에만 집중한다면 이러한 부품이 AM용으로 설계되지 않았기 때문에 적층 제조의 이점을 전혀 누리지 못하고 있는 것입니다. 따라서 동일한 속성을 얻을 수 없습니다.

“연속 생산의 경우 선택한 재료의 일부를 만들고자 한다면 광범위한 온도, 기계적 성능, 자격, 승인 등을 갖추어야 합니다. 그래야만 이러한 모든 요소를 ​​결합하여 진정으로 얻고자 하는 디자인을 얻을 수 있습니다. 그래서 우리는 시장에서 구할 수 있는 것보다 더 많은 고성능 재료를 제공하기 위해 노력하고 있었습니다.”

적층 가공을 위해 특별히 고성능 폴리머를 개발하는 것은 결코 대단한 일이 아닙니다. 시장에 나와 있는 3D 프린팅 기술과 Solvay의 광범위한 재료 포트폴리오.

결국 회사는 가장 접근하기 쉬운 3D 프린팅 기술인 FFF(Fused Filament Fabrication)로 시작하기로 결정했습니다.

Solvay는 또한 이러한 초기 재료를 테스트할 때 두 가지 주요 목표 시장을 염두에 두었습니다. 대량 맞춤화 애플리케이션을 위한 의료 및 소규모 시리즈 생산을 위한 항공 우주입니다.

“우리가 던진 핵심 질문은 현재 이러한 시장에서 우리 재료가 어떻게 사용되고 있으며 이를 3D로 인쇄할 수 있도록 하는 방법은 무엇입니까? 이를 통해 고객은 기존 제조 방식을 보완하여 당사 소재를 더욱 사용할 수 있는 기회를 얻을 수 있습니다.”

PEEK(폴리에테르 에테르 케톤) 및 PPSU(폴리페닐설폰)가 두 가지 폴리머로 선택되었습니다. 와 함께.

PEEK는 뛰어난 안정성, 내화학성 및 내열성뿐만 아니라 우수한 중량 대비 강도로 잘 알려져 있습니다. 항공기 부품, 자동차 베어링, 석유 및 가스 및 전자 부품을 포함하는 애플리케이션의 까다로운 환경에서 사용됩니다.

마찬가지로 PPSU는 높은 내열성과 뛰어난 내화학성, 내충격성 및 파단신율을 가지고 있습니다. 의료 기기, 배관 및 식품 서비스 애플리케이션과 같은 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

“AM의 경우 수축, 뒤틀림 및 응집의 관점에서 재료를 이해해야 합니다.”라고 Alexander는 말합니다. “이러한 모든 속성은 재료 자체와 관련이 있으며 재료를 충분히 잘 알고 있습니다.”

Solvay는 2017년 10월 적층 제조 컵을 출시했습니다. 이 대회는 전 세계 대학생들을 초청하여 PEEK 필라멘트를 사용하여 '적층 가공에 대한 적성'을 입증했습니다. 복잡한 부품. 결과는 경이적이었다고 Alexander는 말합니다.

“우리가 얻은 결과에 놀랐습니다. 학생들은 매우 빠르게 혁신할 수 있었습니다. 누군가가 변화를 가능하게 하는 데 도움을 줄 수 있다면 변화를 만들 수 있는 능력이 있다는 것을 보여주었습니다. 이것은 우리에게 다른 것을 시도할 수 있는 자신감을 주었습니다.”

새로운 비즈니스 모델 등장

적층 제조 컵(Additive Manufacturing Cup)의 결과로 Solvay는 새로운 전자 상거래 플랫폼을 통해 고객을 참여시키는 새로운 방법을 개발하게 되었습니다.

“폐쇄형 모델에서 운영하는 기존 방식 대신에 우리는 신용 카드가 있는 사람이라면 누구에게나 공정한 가격으로 자료를 제공할 수 있습니다.”라고 Alexander는 말합니다.

“이는 폴리머 재료를 빠르고 투명하며 쉽게 구매할 수 있게 해주며, 이는 주요 화학 회사가 시장에 출시한 최초의 제품입니다. 우리의 최종 목표는 다음 세대가 우리 재료를 사용하도록 영감을 주는 것입니다.”

산업 고객에게 서비스를 제공할 때 Solvay에게 데이터는 핵심입니다. Alexander는 "다른 화학 회사의 데이터 시트를 볼 때 단순히 사출 성형 부품의 데이터 시트였습니다. "그래서 우리는 사용 가능한 적층 제조 부품에 대한 모든 데이터를 사용하기로 결정했습니다. 그것은 산업 고객들에게 우리 재료에 대한 신뢰를 주는 문제입니다.”

공정 제어가 중요한 이유

Alexander는 공정 제어의 중요성을 분명히 했습니다. “좋은 공정이나 좋은 장비가 없으면 결국 끔찍한 부품이 될 것입니다. 그렇기 때문에 파트너십 개발에 많은 노력을 기울이고 있습니다. 예를 들어, 우리는 3D 프린터 제조업체와 협력하여 폴리머를 처리하는 방법과 기계에서 요구하는 인쇄 프로파일을 이해하도록 돕습니다.

“대부분의 우리 산업 사용자는 플러그 앤 플레이 솔루션을 원합니다. 재료를 기계에 넣고 매번 같은 방식으로 부품이 나오도록 하는 것입니다. Solvay에서 우리는 그것이 결국 우리가 가고 싶은 곳이라는 것을 이해하고 있습니다.”

Alexander는 적층 제조 공정을 제어할 수 있는 능력이 왜 그렇게 중요한지 더 설명합니다. “2017년과 2018년 사이에 배운 것은 부품을 인쇄하는 방법이 중요하다는 것입니다. 재료에 높은 다공성과 미세 및 거시 공극이 있으면 강도와 파단 시 변형률이 전혀 일정하지 않습니다. 그렇게 하는 유일한 방법은 재료를 처리하는 방법을 배우고 완전히 균질한 부품을 얻기 위해 프로세스를 조정하는 것입니다.

"격자, 경량화, 부품 통합 등 AM의 모든 이점을 얻으려면 재료를 처리하는 방법을 이해하고 재료가 격자 구조, 주변 모서리 및 AM에 적합하도록 기존 디자인을 최적화하는 방법"

재료 시뮬레이션의 역할

Solvay는 AM 재료 역량을 확장하려는 목표를 계속하고 있습니다.

지난해 이 회사는 시뮬레이션 소프트웨어 공급업체인 e-Xstream engineering과의 파트너십을 발표했습니다. 파트너십을 통해 Solvay의 고성능 폴리머가 재료 시뮬레이션을 위해 회사의 Digimat-AM 플랫폼에 추가되는 것을 볼 수 있습니다.

3D 프린팅 시뮬레이션은 디자인을 인쇄하기 전에 부품이 어떻게 작동할지 예측하는 것이 점점 더 중요해짐에 따라 증가하고 있습니다.

Digimat-AM을 사용하면 사용자가 3D 프린팅 프로세스를 시뮬레이션할 수 있습니다. Solvay와의 파트너십은 사용자가 이제 설계 단계에서 Solvay 폴리머의 열기계적 거동을 예측할 수 있음을 의미합니다. 물리적 조건과 부품 동작을 디지털 방식으로 재현함으로써 AM 프로세스에서 흔히 볼 수 있는 시행착오를 상당 부분 제거할 수 있습니다.

Alexander가 파트너십의 목표를 설명합니다.

“목표는 사용자가 자료의 디지털 트윈을 얻을 수 있도록 하는 것이었습니다. Digimat-AM을 사용하면 이제 시장에 나와 있는 모든 Solvay AM 지원 재료로 설계하고 시뮬레이션할 수 있습니다.

“디자이너가 개념을 테스트하려고 할 때 작동하지 않거나 잘못된 디자인일 수도 있는 부품을 인쇄하는 데 최대 24시간을 소비할 수 있습니다. 그러나 방정식에서 추측을 배제하고 인쇄하기 전에 부품이 어떻게 작동할지 예측할 수 있다면 고객에게 상당한 가치를 더하고 시장 출시 속도를 가속화할 수 있습니다.”

AM 폴리머의 미래

3D 프린팅의 미래에 대해 Alexander는 다소 철학적인 전망을 가지고 있습니다.

“솔직히 저는 AM의 약속이 가장 기대됩니다. 대기업은 프로세스 적격성 평가의 필요성을 인식하기 위해 애플리케이션 또는 적격성 평가 접근 방식에서 멀어짐으로써 이러한 약속을 실현하려는 동기가 더 커집니다. 가장 흥미로운 추세입니다. 작동하는 프로세스가 없으면 성공한 부분이 없습니다. 간단합니다. 또한 AM이 전통적인 제조 방법을 완전히 대체할 수는 없지만 확실히 보완하고 새로운 아이디어와 기회를 창출할 수 있다고 생각합니다.”

재료비에 관해서는 Alexander가 긍정적입니다. “확실히 규모의 경제는 현재 해결해야 할 과제이며 가격은 여전히 ​​상당히 높은 수준을 유지하고 있습니다. 현재 상황입니다. 시장을 만들어야 합니다. 따라서 물량이 증가하고 적용 범위가 넓어지면 가격이 낮아질 것이라고 확신합니다.”

2019년은 Solvay가 적층 공정의 적격성 평가 작업을 계속하기 때문에 바쁜 한 해가 될 것입니다. Alexander는 "우리는 우리의 인쇄 프로필 응용 프로그램을 여러 인쇄 공급업체에 적용하려고 합니다."라고 설명합니다. “우리의 목표는 폴리머를 일관되게 인쇄할 수 있는 상업용 프린터를 10~15대 보유하는 것입니다.

“우리는 특히 고급 재료 측면에서 더 많은 파트너십을 찾고 있으며 다른 기술 및 기타 재료로 이동하고 있습니다. 여기에는 SLS 및 Multi Jet Fusion과 같은 분말 기반 기술이 포함됩니다. 마지막으로 우리는 매우 파괴적인 일에 투자할 수 있는 사고방식과 능력을 갖춘 주요 OEM과 협력하고 있습니다.”

Solvay에 대한 자세한 내용은 https://www.solvay를 참조하십시오. .com/ko

——————————

전문가 인터뷰

AMFG의 전문가 인터뷰 시리즈는 적층 제조의 미래를 형성하는 데 도움이 되는 혁신적인 기업과 개인을 소개합니다. 시리즈 참여에 대한 자세한 내용은 [email protected]로 문의하세요.