Wawancara Pakar:Brian Alexander dari Solvay tentang Pengembangan Polimer Berkinerja Tinggi untuk Pencetakan 3D

Dengan sejumlah paten untuk teknologi seperti SLS dan FFF yang telah berakhir pada tahun 2016, Alexander menjelaskan bahwa ini juga berdampak pada perspektif Solvay tentang pasar yang berkembang.

“Pasar terbuka lebih banyak dan baru pemain yang muncul membuka peluang kunci untuk sisi polimer. Tentu saja, seiring dengan peluang, muncul banyak sensasi juga — jadi penting bagi kami untuk mengambil pendekatan pragmatis.”

Alexander mencatat bagaimana industri telah berubah hanya dalam tiga tahun yang singkat.

“Pada tahun pertama kami, kami mewawancarai banyak pelanggan utama kami untuk memahami kebutuhan mereka dan posisi mereka dengan AM. Anehnya, ketika kami melakukan ini pada tahun 2016, hampir tidak ada yang percaya pada AM. 'Ini menarik, tapi ini bukan untuk produksi massal' adalah sentimen umum. Itu semua berubah sekarang, tentu saja.”

AM membutuhkan perubahan pola pikir

Solvay Specialty Polymers adalah salah satu unit bisnis dalam Grup Solvay dan terdiri dari sekitar 3.500 karyawan. “Proposisi nilai kami adalah bahwa kami memiliki salah satu portofolio material berkinerja tinggi terbesar di pasar,” kata Alexander. “Kami memiliki sekitar 35 polimer berbeda untuk ditawarkan, semuanya dengan sifat unik.”

Polimer ini adalah bahan bernilai tinggi, dijual dalam volume yang lebih kecil. Ini, pada gilirannya, melengkapi manufaktur aditif, di mana aplikasi khusus dan bernilai tinggi dapat mengambil manfaat dari skala ekonomi dan kompleksitas yang dibutuhkan teknologi.

Namun, mengembangkan bahan khusus untuk proses manufaktur aditif membutuhkan perubahan pola pikir, Alexander mencatat.

“Kami segera menyadari bahwa seluruh pola pikir untuk AM benar-benar berbeda dari manufaktur tradisional. Anda harus mendesain ulang rantai nilai Anda sepenuhnya. Hampir semua hal perlu diubah, mulai dari bahan hingga desain — dan tentu saja mengoptimalkan peralatan dan proses Anda.

“Kami tahu bahwa jika kami mencoba menjual resin standar kami, beberapa yang telah ada selama 30 tahun, dalam ruang AM, kami tidak akan berhasil. Jadi tujuan kami adalah menjadi pemasok terkemuka solusi AM-ready berkinerja tinggi yang disesuaikan.”

Apa artinya itu dalam praktik?

“Ya, kita perlu tahu persis apa yang terjadi pada mesin,” kata Alexander. “Jika kita mencemari rantai nilai dengan segala macam langkah yang berbeda dan tidak tahu apa yang terjadi pada mesin, maka kita tidak memiliki kendali atas prosesnya. Dan ini sangat penting jika Anda mencoba untuk memenuhi syarat materi ke ceruk pasar bernilai sangat tinggi seperti medis atau dirgantara.”

Jalan untuk mengembangkan polimer berperforma tinggi untuk aditif

“Manufaktur aditif dimulai dengan material dengan performa yang cukup rendah, seperti PLA dan ABS,” kata Alexander. “Ini bagus untuk membuat barang-barang seperti mainan dan gadget. Tetapi untuk mendapatkan manfaat penuh dari teknologi ini, Anda memerlukan lebih banyak material kelas industri, seperti PEEK, misalnya.”

Meningkatnya kebutuhan material kelas industri dapat dikaitkan dengan pergeseran industri dari penggunaan pencetakan 3D untuk produksi serial, dan bukan hanya pembuatan prototipe.

Seperti yang dikatakan Alexander :“Jika Anda hanya berfokus pada pembuatan prototipe, Anda benar-benar tidak mendapatkan manfaat apa pun dari manufaktur aditif karena suku cadang ini tidak dirancang untuk AM. Jadi Anda tidak akan pernah mendapatkan properti yang sama.

“Dengan produksi seri, jika Anda ingin membuat bagian dalam bahan pilihan Anda, Anda harus memiliki rentang suhu, kinerja mekanis, kualifikasi, persetujuan, dan sebagainya yang luas. Hanya dengan begitu Anda dapat menyatukan semua elemen ini untuk mendapatkan desain yang benar-benar ingin Anda dapatkan. Jadi kami bekerja untuk menyediakan lebih banyak bahan berkinerja tinggi daripada yang tersedia di pasar.”

Mengembangkan polimer berkinerja tinggi khusus untuk pembuatan aditif bukanlah hal yang mudah, paling tidak karena jangkauannya. teknologi pencetakan 3D di pasar dan portofolio material Solvay yang luas.

Pada akhirnya, perusahaan memilih untuk memulai dengan Fused Filament Fabrication (FFF) — teknologi pencetakan 3D yang paling mudah diakses.

Solvay juga memiliki dua target pasar utama saat menguji bahan awal ini:perawatan kesehatan, untuk aplikasi kustomisasi massal, dan kedirgantaraan untuk produksi seri kecil.

“Pertanyaan kunci yang kami ajukan adalah:bagaimana bahan kami digunakan di pasar ini saat ini dan bagaimana kami dapat mengaktifkannya untuk dicetak 3D? Ini akan memberi pelanggan kami kesempatan untuk menggunakan bahan kami lebih jauh, sebagai pelengkap pembuatan tradisional mereka.”

PEEK (Polyether ether ketone) dan PPSU (Polyphenylsulfone) dipilih sebagai dua polimer untuk memulai dengan.

PEEK terkenal dengan stabilitas, ketahanan kimia dan suhu yang luar biasa serta rasio kekuatan terhadap berat yang sangat baik. Ini digunakan di lingkungan yang menuntut untuk aplikasi yang mencakup komponen pesawat, bantalan otomotif, minyak &gas, dan komponen elektronik.

Demikian pula, PPSU memiliki ketahanan panas yang tinggi dan bahan kimia yang luar biasa serta ketahanan benturan dan perpanjangan putus. Ini dapat digunakan untuk aplikasi seperti perangkat medis, pipa ledeng dan aplikasi layanan makanan, hanya untuk beberapa nama.

“Dalam hal AM, Anda harus memahami bahan Anda dalam hal penyusutan, lengkung, dan kohesi,” kata Alexander “Semua sifat ini terkait dengan bahan itu sendiri dan dapat diprediksi jika Anda kenali materi Anda dengan cukup baik.”

Solvay juga meluncurkan Piala Manufaktur Aditif pada Oktober 2017. Kompetisi ini mengundang mahasiswa di seluruh dunia untuk menunjukkan 'kemampuan mereka dalam pembuatan aditif' dengan menggunakan filamen PEEK untuk memproduksi bagian yang kompleks. Hasilnya, kata Alexander, sangat fenomenal.

“Kami kagum dengan hasil yang kami dapatkan. Mahasiswa mampu berinovasi dengan sangat cepat. Ini menunjukkan bahwa kemampuan untuk membuat perubahan ada jika seseorang dapat membantu mengaktifkan perubahan tersebut. Ini memberi kami kepercayaan diri untuk mencoba sesuatu yang berbeda.”

Sebuah model bisnis baru muncul

Hasil dari Piala Manufaktur Aditif membuat Solvay mengembangkan cara baru untuk menarik pelanggan:melalui platform e-niaga baru.

“Daripada menggunakan rute tradisional, beroperasi pada model tertutup, kami memutuskan untuk membuat materi kami tersedia dengan harga yang wajar bagi siapa saja yang memiliki kartu kredit,” kata Alexander.

“Membuat bahan polimer menjadi cepat, transparan, dan mudah dibeli — dan ini adalah yang pertama di pasar dari perusahaan kimia besar. Tujuan akhir kami adalah menginspirasi generasi berikutnya untuk menggunakan material kami.”

Dalam hal melayani klien industrinya, bagi Solvay, data adalah kuncinya. “Ketika Anda melihat lembar data perusahaan kimia lain, itu hanyalah lembar data dari bagian cetakan injeksi,” Alexander menjelaskan. “Itulah mengapa kami memutuskan untuk menyediakan semua data kami tentang suku cadang yang diproduksi secara aditif. Ini soal memberikan kepercayaan kepada klien industri kami terhadap materi kami.”

Mengapa kontrol proses itu penting

Alexander menempatkan pentingnya kontrol proses dengan jelas. “Tanpa proses yang baik atau peralatan yang baik, Anda akan berakhir dengan bagian yang buruk. Itu sebabnya kami banyak bekerja untuk mengembangkan kemitraan. Misalnya, kami mencoba bekerja sama dengan produsen printer 3D untuk membantu mereka memahami cara memproses polimer kami dan profil cetak yang kami butuhkan dari mesin.

“Mayoritas pengguna industri kami ingin memiliki solusi plug and play:bahan yang dapat mereka masukkan ke dalam mesin dan bagiannya keluar dengan cara yang sama setiap saat. Di Solvay, kami memahami bahwa pada akhirnya ke sanalah kami ingin pergi.”

Alexander lebih lanjut menjelaskan mengapa kemampuan untuk mengontrol proses manufaktur aditif sangat penting. “Apa yang kami pelajari antara 2017 dan 2018 adalah bagaimana Anda mencetak bagian itu sangat penting. Jika Anda mendapatkan porositas tinggi dan rongga mikro dan makro pada material, kekuatan dan regangan saat putus tidak akan konsisten sama sekali. Satu-satunya cara untuk melakukannya adalah mempelajari cara memproses materi Anda dan menyesuaikan prosesnya untuk mendapatkan bagian yang sepenuhnya homogen.

“Jika Anda ingin mendapatkan manfaat penuh dari AM — kisi, bobot ringan, konsolidasi bagian, dan sebagainya — Anda perlu memahami cara memproses material Anda dan melihat bagaimana kinerja material Anda dengan struktur kisi, tepi perimeter, dan bagaimana Anda dapat mengoptimalkan desain yang ada agar sesuai untuk AM.”

Peran simulasi bahan

Solvay melanjutkan tujuannya untuk memperluas kemampuan material AM-nya.

Tahun lalu, perusahaan mengumumkan kemitraannya dengan e-Xstream engineering, penyedia perangkat lunak simulasi. Kemitraan ini melihat polimer berkinerja tinggi Solvay ditambahkan ke platform Digimat-AM perusahaan untuk simulasi material.

Simulasi pencetakan 3D sedang meningkat, karena menjadi semakin penting untuk dapat memprediksi bagaimana suatu bagian akan berperilaku sebelum desain dikirim untuk dicetak.

Digimat-AM memungkinkan pengguna untuk mensimulasikan proses pencetakan 3D. Kemitraannya akan Solvay berarti bahwa pengguna sekarang akan dapat memprediksi perilaku termomekanis polimer Solvay selama tahap desain. Dengan menciptakan kembali kondisi fisik dan perilaku bagian secara digital, sebagian besar trial-and-error yang umum pada proses AM dapat dihilangkan.

Alexander menjelaskan tujuan kemitraan.

“Tujuannya adalah untuk memungkinkan pengguna mendapatkan kembaran digital dari materi mereka. Dengan Digimat-AM, kini Anda dapat mendesain dan mensimulasikan dengan semua bahan siap pakai Solvay AM yang ada di pasaran.

“Ketika desainer ingin menguji sebuah konsep, mereka dapat menghabiskan waktu hingga 24 jam untuk mencetak bagian yang mungkin tidak berfungsi dan bahkan mungkin salah desain. Tetapi jika Anda dapat mengambil tebakan dari persamaan dan memprediksi bagaimana suatu bagian akan berperilaku sebelum Anda mencetak, Anda menambahkan nilai yang signifikan bagi pelanggan, serta mempercepat kecepatan ke pasar.”

Masa depan polimer AM

Sejauh masa depan manufaktur aditif, Alexander memiliki pandangan yang agak filosofis.

“Jujur, saya sangat senang dengan janji AM. Perusahaan yang lebih besar lebih termotivasi untuk mewujudkan janji itu dengan beralih dari pendekatan aplikasi atau kualifikasi untuk mengenali kebutuhan akan kualifikasi proses. Itu tren yang paling menarik. Jika Anda tidak memiliki proses yang berhasil, Anda tidak memiliki bagian yang berhasil. Sesederhana itu. Juga, saya tidak berpikir AM akan pernah sepenuhnya menggantikan metode manufaktur tradisional tetapi pasti dapat saling melengkapi dan menciptakan ide dan peluang baru.”

Untuk biaya bahan, Alexander positif. “Tentu saja, skala ekonomi adalah tantangan saat ini dan harga masih cukup tinggi. Begitulah keadaannya saat ini. Kita harus menciptakan pasar. Jadi saya yakin bahwa seiring dengan peningkatan volume dan aplikasi yang meluas, harga akan turun.”

2019 akan menjadi tahun yang sibuk bagi Solvay, karena Solvay terus berupaya memenuhi syarat proses aditif. “Kami mencoba menerapkan aplikasi profil cetak kami ke sejumlah pemasok cetak,” jelas Alexander. “Tujuan kami adalah memiliki 10 -15 printer komersial yang mampu mencetak polimer kami secara konsisten.

“Kami juga mencari lebih banyak kemitraan, terutama di sisi Material Tingkat Lanjut dan beralih ke teknologi dan material lainnya. Ini akan mencakup teknologi berbasis bubuk seperti SLS dan Multi Jet Fusion. Terakhir, kami bekerja dengan OEM utama kami yang memiliki mentalitas dan kemampuan untuk berinvestasi dalam sesuatu yang akan sangat mengganggu.”

Untuk mempelajari lebih lanjut tentang Solvay, kunjungi:https://www.solvay .com/id

———————————

Wawancara Ahli

Seri Wawancara Ahli AMFG menampilkan perusahaan dan individu inovatif yang membantu membentuk masa depan manufaktur aditif. Untuk informasi lebih lanjut tentang berpartisipasi dalam serial ini, harap hubungi [email protected].