Solvay의 Brian Alexander, 적층 제조용 고성능 폴리머 제작에 대해 설명

적층 제조 분야에서 고성능 폴리머에 대한 수요가 급증함에 따라 Solvay, BASF, SABIC과 같은 선도적인 소재 회사는 자동차, 의료, 항공우주 등 전반에 걸쳐 생산 등급 응용 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 포트폴리오를 확장하고 있습니다.

재료 과학 분야에서 150년의 전통을 지닌 100억 유로 규모의 회사인 Solvay는 전 세계적으로 사용되는 특수 폴리머 분야의 핵심 기업이 되었습니다. 이 인터뷰에서 Solvay의 적층 제조를 위한 비즈니스 인큐베이션 플랫폼의 창립자인 Brian Alexander는 AM을 향한 회사의 전략적 변화, 이를 통해 얻을 수 있는 기회, 엔지니어링 등급 재료가 차세대 제조에 필수적인 이유를 공유합니다.

AM 기회 인식

Brian Alexander, Solvay Specialty Polymers, 적층 가공을 위한 비즈니스 인큐베이션 플랫폼

2016년 초까지 적층 제조는 틈새시장에서 주류로 옮겨갔습니다. Solvay의 경영진은 AM에만 집중하기 위해 특수 폴리머 사업부 내에 전담 사업부를 신설함으로써 이에 대응했습니다.

"적층 제조는 Solvay의 핵심 시장인 고가치, 소량 생산 및 대량 맞춤화와 완벽하게 일치합니다."라고 Alexander는 설명합니다. "항공우주 및 의료와 같은 산업에서는 매년 수백만 개가 아닌 수천 개의 부품이 필요하므로 AM이 이상적인 제품입니다."

2016년까지 SLS 및 FFF의 핵심 특허가 만료되면서 시장은 신규 진입자에게 개방되었습니다. Solvay는 AM을 위협이 아닌 성장 수단으로 보기로 결정하면서 기회를 포착했습니다.

“첫해에 우리는 AM 성숙도를 측정하기 위해 주요 고객과 대화를 나눴습니다.”라고 Alexander는 회상합니다. "그 당시에는 많은 사람들이 AM이 프로토타입 전용 기술이라고 믿었습니다. 오늘날에는 그러한 인식이 극적으로 바뀌었습니다."

AM 성공을 위한 사고방식 전환

Solvay의 특수 폴리머 사업부는 약 3,500명의 전문가를 고용하고 있으며 업계에서 가장 광범위한 고성능 소재 포트폴리오 중 하나를 자랑합니다. 각각 고유한 기계적, 열적, 화학적 특성을 지닌 35개 이상의 폴리머로 구성됩니다. 이러한 고가치 소재는 소량으로 판매되므로 AM이 요구하는 정밀도와 복잡성에 자연스럽게 들어맞습니다.

“전통적인 제조 공정은 AM으로 직접 변환되지 않습니다.”라고 Alexander는 말합니다. "일관되고 고품질의 결과를 얻으려면 원자재 배합부터 부품 설계 및 프로세스 최적화에 이르기까지 전체 가치 사슬을 재설계해야 합니다."

Solvay의 목표는 맞춤형 AM 지원 솔루션의 최고의 공급업체가 되는 것입니다. Alexander는 “단순히 AM 분야에서 레거시 수지를 마케팅한다면 부족할 것입니다.”라고 말합니다. "우리는 공급원료, 인쇄 매개변수 및 후처리에 대한 명확한 사양을 갖춘 AM 공정용으로 특별히 제작된 재료에 중점을 두고 있습니다."

Solvay의 포트폴리오에는 35개 이상의 고성능 폴리머가 포함되어 있습니다. [이미지 출처:Solvay]

AM용 고성능 폴리머 개발

초기 AM은 PLA 및 ABS와 같은 소비자 등급 소재에 의존했지만, 업계 리더들은 이제 PEEK 및 PPSU와 같은 산업용 등급 폴리머를 요구합니다.

Alexander는 “시제품 제작만으로는 AM의 모든 이점을 얻을 수 없습니다.”라고 설명합니다. "연속 생산의 경우 설계자는 광범위한 온도 내성, 기계적 강도 및 인증 데이터가 필요합니다. 그래야만 격자 구조, 경량화 및 부품 통합을 활용할 수 있습니다."

이러한 요구 사항을 충족하기 위해 Solvay는 의료(대량 맞춤화) 및 항공우주(소규모 배치 생산)를 대상으로 가장 접근하기 쉬운 AM 기술인 FFF(Fused Filament Fabrication)를 사용하여 AM 중심 연구를 시작했습니다.

탁월한 열 안정성과 중량 대비 강도 비율로 유명한 PEEK와 내열성 및 화학적 내구성으로 유명한 PPSU 등 주요 소재가 발사대 폴리머로 선택되었습니다.

"수축, 변형 및 응집력을 이해하는 것이 중요합니다."라고 Alexander는 말합니다. “재료 예측 지식을 통해 신뢰할 수 있는 인쇄 프로필을 제공할 수 있습니다.”

2017년에 Solvay는 전 세계 대학생들을 초대하여 PEEK 필라멘트를 사용하여 복잡한 부품을 프린팅하는 적층 제조 컵(Additive Manufacturing Cup)을 시작했습니다. 대회의 성공은 AM의 아직 개발되지 않은 잠재력을 입증했으며 소재 플랫폼에 대한 Solvay의 자신감을 강화했습니다.

Solvay의 고성능 폴리머에는 KetaSpire® PEEK 및 Radel® PPSU가 포함됩니다. [이미지 출처:Solvay]

새로운 비즈니스 모델:고객 직접 전자상거래

Additive Manufacturing Cup을 기반으로 Solvay는 신용 카드가 있는 사람이라면 누구나 공정한 가격으로 폴리머를 구입할 수 있는 획기적인 전자 상거래 플랫폼을 도입했습니다.

“우리는 폐쇄적인 유통업체 중심 모델에서 벗어났습니다.”라고 Alexander는 말합니다. "우리 플랫폼은 빠르고 투명한 구매를 제공하며 차세대 디자이너를 위한 교육 도구 역할을 합니다."

데이터 투명성은 Solvay 접근 방식의 초석입니다. "기존의 화학 데이터시트는 사출 성형 부품에 중점을 둡니다."라고 Alexander는 말합니다. "우리는 AM 전용 데이터 시트를 제공하여 산업 고객에게 재료 성능에 대한 확신을 줍니다."

AM 재료를 위한 Solvay의 전자상거래 플랫폼 [이미지 출처:Solvay]

프로세스 제어:일관성의 핵심

Alexander는 강력한 공정 제어의 필요성을 강조합니다. "잘 관리되지 않은 AM 공정으로 인해 기계적 특성이 일관되지 않은 다공성 부품이 탄생하게 됩니다."

플러그 앤 플레이 신뢰성을 제공하기 위해 Solvay는 프린터 제조업체와 협력하여 폴리머에 맞는 인쇄 프로필을 미세 조정합니다. "우리는 한 번 로드하면 모든 프린트에서 반복 가능한 부품을 생산하는 재료를 목표로 합니다."

재료 시뮬레이션:인쇄 전 성능 예측

2018년에 Solvay는 e-Xstream Engineering과 제휴하여 고성능 폴리머를 Digimat-AM 시뮬레이션 플랫폼에 통합했습니다.

“시뮬레이션을 통해 설계자는 설계 단계에서 열역학적 동작을 예측할 수 있습니다.”라고 Alexander는 설명합니다. "이를 통해 비용이 많이 드는 시행착오를 줄이고 출시 기간을 단축할 수 있습니다."

Solvay의 PEEK 및 PPSU를 Digimat‑AM에 추가하면 사용자는 이제 부품의 디지털 트윈을 생성하여 인쇄하기 전에 가상으로 설계 반복을 평가할 수 있습니다.

2019년 Solvay는 e-Xstream Engineering의 Digimat-AM 릴리스에 탄소 섬유 충전 KetaSpire PEEK와 깔끔한 Radel PPSU를 추가했습니다. [이미지 출처:e-Xstream Engineering]

미래 전망:AM 폴리머의 미래

Alexander는 적층 제조가 전통적인 방법을 대체하기보다는 보완하는 미래를 상상합니다. "성공은 프로세스 검증에 달려 있습니다. 프로세스가 작동하지 않으면 부품이 실패합니다."

재료 비용은 여전히 높지만, Solvay는 생산량이 증가하고 응용 분야가 확대됨에 따라 가격이 하락할 것으로 예상합니다. 이 회사는 10~15개의 상업용 프린터에서 폴리머의 품질을 검증하고, SLS 및 Multi-Jet Fusion과 같은 분말 기반 기술로 파트너십을 확장하고, 파괴적인 혁신을 위해 노력하는 OEM과 협력하는 것을 목표로 하고 있습니다.

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전문가 인터뷰

AMFG의 전문가 인터뷰 시리즈에서는 적층 제조의 미래를 형성하는 혁신적인 기업과 개인을 소개합니다. 시리즈 참여에 대한 자세한 내용을 알아보려면 marketing@amfg.ai 로 문의하세요. .