GE Additive推出粘合劑噴射3D打印機(jī)，打印尺寸500mm 2023年交付

導(dǎo)讀：長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)現(xiàn)快節(jié)奏、大批量的規(guī)�；�生產(chǎn)一直都是增材制造領(lǐng)域內(nèi)的各廠商孜孜以求的目標(biāo)。如今，粘結(jié)劑噴射的創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者GE Additive公司將率先揭開(kāi)3D打印工業(yè)化大幕的一角。

2022年10月19日，南極熊獲悉，位于俄亥俄州辛辛那提的GE Additive公司宣布，其金屬粘合劑噴射Series 3打印機(jī)預(yù)計(jì)將于2023年下半年開(kāi)始生產(chǎn)交付。據(jù)悉，這套粘合劑噴射（Binder Jet）打印系統(tǒng)在發(fā)布前已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)了長(zhǎng)達(dá)四年的客戶開(kāi)發(fā)、合作和測(cè)試，以確保其金屬粘合劑噴射技術(shù)已為大批量生產(chǎn)環(huán)境做好準(zhǔn)備。

△GE Additive 的 Series 3金屬粘合劑噴射機(jī)

通用電氣增材（GE Additive）公司的首席工程師和創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)人Josh Mook說(shuō)："除了有形的商業(yè)模式，在快節(jié)奏、大批量制造環(huán)境中的客戶，如果考慮工業(yè)規(guī)模的增材部署，也需要盡快展示積極的財(cái)務(wù)和生產(chǎn)力影響。一旦機(jī)器安裝在車間，客戶就不應(yīng)該再重新配置和調(diào)整。我們?nèi)匀粚Ｗ⒂谥辉诩夹g(shù)解決方案準(zhǔn)備就緒時(shí)將其推向市場(chǎng)，并能幫助我們的客戶展示投資回報(bào)和總擁有成本。我們新的Binder Jet line和Series3系列設(shè)備擁有可靠、安全的性能，能滿足他們長(zhǎng)期的需求。“

△GEAdditive的Binder Jet line有能力提供大規(guī)模的工業(yè)化3D打印。

在過(guò)去的四年里，一組精選的戰(zhàn)略客戶合作伙伴為GE Additive BinderJet技術(shù)平臺(tái)的開(kāi)發(fā)做出了貢獻(xiàn)。GE Additive 聲稱，其Series 3 的構(gòu)建體積為 500 x 500 x 500 mm，能夠增材制造復(fù)雜、小型和大型零件——可重復(fù)且可靠，具有超過(guò)類似鑄造產(chǎn)品的出色材料性能，可實(shí)現(xiàn)的通孔直徑和壁厚小于500μm。GE公司的粘結(jié)劑噴射技術(shù)已經(jīng)成功地證明了打印和燒結(jié)大型零件的能力，這些零件符合生產(chǎn)所需的尺寸和特征分辨率公差，在（但不限于）重量高達(dá) 25 公斤的不銹鋼零件中表現(xiàn)出強(qiáng)大的成形能力，并且“對(duì)最大壁厚沒(méi)有已知的限制”。

開(kāi)發(fā)新的金屬 3D 打印技術(shù)

GE Additive 是在收購(gòu)了兩家依靠粉末床融合 (PBF) 技術(shù)的金屬 3D 打印機(jī)制造商Concept Laser和Arcam后成立的。然而，PBF（Concept 中的激光和 Arcam 中的電子束）都有缺點(diǎn)，包括成本高和吞吐量低。因此，金屬粘合劑噴射為大規(guī)模生產(chǎn) 3D 打印金屬部件開(kāi)辟了新的可能性。此外，與流行的看法相反，它可以產(chǎn)生內(nèi)部通道，你只需要一個(gè)足夠堅(jiān)固的粘合劑。

△Series 3 是 GE 所有業(yè)務(wù)部門合作的結(jié)果，化學(xué)開(kāi)發(fā)發(fā)生在 GE 研究中心，機(jī)器設(shè)計(jì)師大多來(lái)自 GE Aerospace。

GE Additive 的首席工程師和創(chuàng)新負(fù)責(zé)人 Josh Mook 在揭幕儀式上告訴媒體：“該計(jì)劃真正開(kāi)始于 2016 年。最初的動(dòng)機(jī)是專門解決 GE 業(yè)務(wù)的鑄造成本問(wèn)題。實(shí)際上，我們開(kāi)始使用我們的化學(xué)品開(kāi)發(fā)粘合劑噴射，在我們決定應(yīng)該使用硬件之前，我們?cè)谡澈蟿┑幕瘜W(xué)方面工作了很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)橐呀?jīng)可用的東西不能滿足我們的需求。我們不僅關(guān)注高速和吞吐量，還關(guān)注工業(yè)、工廠級(jí)設(shè)備。從我在 GE Additive 的角度來(lái)看，這是該領(lǐng)域一段時(shí)間以來(lái)一直缺失的東西�！�

△GE Additive 的 Series 3 金屬粘合劑噴射 3D 打印機(jī)。圖片由 GE Additive 提供。

Mook 指出，粘合劑噴射對(duì)于公司在行業(yè)中的主導(dǎo)地位至關(guān)重要。然而，問(wèn)題在于該技術(shù)是否應(yīng)該在內(nèi)部開(kāi)發(fā)或收購(gòu)。當(dāng) GE 追求后一種選擇時(shí)，它把 Series 2 beta 系統(tǒng)稱為“H2”。Mook解釋了原因：“我們知道我們需要進(jìn)入粘合劑噴射領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)快速整合。我們必須決定是要收購(gòu)還是有機(jī)？收購(gòu)很困難，我們有一群工程師在拼命地建造一些有機(jī)的東西。大概在 2017 年左右，我們留出了一個(gè)小團(tuán)隊(duì)，給了他們 55 天的時(shí)間來(lái)嘗試制造一臺(tái)機(jī)器。這就是為什么它被稱為“H”。H代表“喧囂”。47 天后，我們?cè)谏厦娲蛴×说谝徊糠�。盡管它是如此快速的設(shè)計(jì)-構(gòu)建-測(cè)試，但它證明了我們有一些獨(dú)特的東西。現(xiàn)在，我們已經(jīng)進(jìn)入第三代系列 3。從第一個(gè)原型到將它交到客戶手中，我們用了不到四分之三的時(shí)間�！�

Binder Jet Line 是如何工作的？

GE 的粘合劑噴射技術(shù)將水基粘合劑沉積在粉末床上。然后將水加熱，使其在剩余材料交聯(lián)形成半固體復(fù)合材料或“生坯”零件之前蒸發(fā)。然后，Series 3 會(huì)將打印過(guò)程中排出的任何水分吸出，并將其用作機(jī)器清潔劑的一部分。它不僅可以打印惰性或活性金屬，還可以打印復(fù)合材料和陶瓷。

作為 Binder Jet Line 的一部分，有三件輔助設(shè)備可以支持多臺(tái)機(jī)器，并且不必緊挨著 Series 3。Liquid MHS 充當(dāng)粘合劑的載體和活動(dòng)打印頭的清潔劑維護(hù)并配備三個(gè)桶，一個(gè)用于粘合劑，一個(gè)用于低成本清潔劑，另一個(gè)用于主要由不再可行的受污染清潔劑組成的廢物。

粉末 MHS 包括兩個(gè)用于原始粉末和回收粉末的料斗，與姊妹企業(yè) AP&C 共同開(kāi)發(fā)，并使用氣動(dòng)壓縮機(jī)每分鐘將約 25 公斤移動(dòng)到Series 3設(shè)備上。原料粉末裝在聯(lián)合國(guó)批準(zhǔn)的桶中運(yùn)輸并直接連接到機(jī)器上，這意味著無(wú)需人工操作員來(lái)啟動(dòng)此過(guò)程。機(jī)器將粉末吸出，并將其噴射到原始粉末料斗中，同時(shí)將回收材料放入回收的粉末料斗中。

根據(jù) GE 的說(shuō)法，其BinderJet Line主要為用戶提供了以下幾種功能：

• 能夠在不破壞精細(xì)特征的情況下對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行脫粉處理，這得益于 GE 的專有粘合劑系統(tǒng)；
• 由于GE Additive 的 Amp軟件中的變形預(yù)測(cè)和補(bǔ)償功能，還可以在所需的公差范圍內(nèi)燒結(jié)零件；
• 開(kāi)發(fā)與傳統(tǒng)鑄造方法相當(dāng)或更好的高質(zhì)量零件，能夠打印和燒結(jié)具有低表面粗糙度的零件。
  

Binder Jet line的三大優(yōu)勢(shì)：低成本、規(guī)�；�和安全生產(chǎn)

由于GE Additive努力使工業(yè)金屬增材制造成為一個(gè)經(jīng)濟(jì)的過(guò)程（$/cc是Binder Jet line的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素），所以最終零件的成本越能降低，該技術(shù)的應(yīng)用空間就越大。這些計(jì)算的一部分包括與傳統(tǒng)制造技術(shù)的成本比較，在公差和成本方面，從進(jìn)貨的原材料到最終拿到手的零件（總成本--不僅僅是機(jī)器）。

在成本效率方面，通用電氣承諾通過(guò)回收未使用的粉末并利用更便宜的材料（與其他粉末床技術(shù)相比）來(lái)減少原材料支出。它還建議用戶將能夠“從上到下、從邊到邊，無(wú)需支撐”利用整個(gè)構(gòu)建外殼，并解決“否則使用傳統(tǒng)或其他現(xiàn)有增材技術(shù)制造成本太高或難以制造”的新應(yīng)用。

通用電氣的Binder Jet line提供了高的整體設(shè)備效率（OEE）、自動(dòng)化準(zhǔn)備、預(yù)測(cè)性變形和補(bǔ)償，以及符合并超過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的材料特性。其目標(biāo)是讓所有這些方面結(jié)合起來(lái)，使金屬增材生產(chǎn)的總成本最低。

根據(jù)客戶和合作伙伴在技術(shù)開(kāi)發(fā)階段的投入，GE Additive公司專注于實(shí)現(xiàn)最終部署40、50和100+機(jī)器的安裝，該公司表示這種規(guī)模化的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)：

• 將推動(dòng)具有相同質(zhì)量的部件規(guī)�；�制造，
• 提供比其他增材制造方式快100倍的打印速度，可推動(dòng)高生產(chǎn)率的自動(dòng)化技術(shù)；
• 規(guī)模化流程和硬件可優(yōu)化節(jié)拍時(shí)間，并能無(wú)縫集成到工業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中。
  

在安全方面，GE 的 Binder Jet Line 無(wú)需危險(xiǎn)分區(qū)即可運(yùn)行，其設(shè)計(jì)旨在最大限度地減少操作員與系統(tǒng)和金屬粉末的接觸。該機(jī)器將獲得 UL 認(rèn)證和 CE 認(rèn)證，同時(shí)還擁有100% 惰性和密封環(huán)境、全閉環(huán)無(wú)粉暴露以及用于監(jiān)控機(jī)器狀況的實(shí)時(shí)安全系統(tǒng)。該機(jī)器還設(shè)計(jì)為與反應(yīng)性和易燃粉末和粘合劑兼容。

GE Additive Binder Jet產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人Brian Birkmeyer總結(jié)說(shuō)："快速跟蹤解決方案并過(guò)早地將其推向市場(chǎng)并不是一個(gè)合理的策略，這往往是機(jī)器最終在研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中折戟沉沙的原因。在Series 3和Binder Jet line的初期開(kāi)發(fā)階段，我們就致力于尋找那些能夠從他們的大批量制造環(huán)境中給我們提供真實(shí)的、現(xiàn)實(shí)世界的見(jiàn)解的客戶。我們采納了他們的意見(jiàn)，以補(bǔ)充我們?cè)跀U(kuò)大增材生產(chǎn)規(guī)模方面的實(shí)踐知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。最終，我們開(kāi)發(fā)出了一個(gè)現(xiàn)代的、模塊化的工業(yè)化增材系統(tǒng)，它緊密貼合增材用戶的開(kāi)發(fā)需求，以低成本、規(guī)�；�和安全化的方式提供優(yōu)質(zhì)零件。“

客戶協(xié)作

GE 的金屬粘合劑噴射技術(shù)是在四年的客戶發(fā)現(xiàn)階段與主要合作伙伴開(kāi)發(fā)的，其中包括各種垂直領(lǐng)域的大公司：康明斯（發(fā)電和汽車），Wabtec （鐵路）， 山特維克（采礦）， 肯納金屬（磨損時(shí)的工業(yè)應(yīng)用和耐腐蝕性是關(guān)鍵）。由于 GE Additive 在過(guò)去幾年中一直致力于開(kāi)發(fā)其金屬粘合劑噴射技術(shù)，它已通過(guò)其 Beta 合作伙伴計(jì)劃與多家公司保持一致。康明斯于 2019 年 4 月宣布成為測(cè)試版合作伙伴，西屋制動(dòng)（Wabtec）于 2019 年 5 月披露，山特維克和肯納金屬隨后跟進(jìn)。去年，康明斯宣布其第一個(gè)金屬粘合劑噴射 3D 打印部件處于生產(chǎn)的最后階段。

這些合作伙伴中的每一個(gè)都為 GE 的金屬粘合劑噴射技術(shù)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。在宣布明年將在 Beta 合作伙伴計(jì)劃之外交付機(jī)器時(shí)，GE 談到了 Beta 合作伙伴：“對(duì)于這種開(kāi)發(fā)和知識(shí)的核心，共享工作仍然是共同承諾，以成本、質(zhì)量、以所需的規(guī)模，安全地進(jìn)行�！�

GE Additive 粘合劑噴射產(chǎn)品線負(fù)責(zé)人 Brian Birkmeyer 表示，盡管 Series 3 的前身只是一臺(tái)測(cè)試版機(jī)器，構(gòu)建體積為 380 x 380 x 270 毫米，但它最終作為一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)用于它的客戶。

Birkmeyer 說(shuō)：“我們一直在與選定的合作伙伴進(jìn)行持續(xù)、安靜的工作，以確保我們?yōu)槭袌?chǎng)帶來(lái)的產(chǎn)品行之有效。這就是為什么你會(huì)看到很長(zhǎng)的時(shí)間線。Series 2 測(cè)試版旨在成為Series 3 之前的測(cè)試版，但我們的許多客戶已將其用于低速率生產(chǎn)�！�

目前，GE 不打算再生產(chǎn) Series 2 開(kāi)發(fā)平臺(tái)，盡管該公司仍在積極為其尋找合作伙伴，并且未來(lái)可能會(huì)變得更加強(qiáng)大。目前，Binder Jet Line 代表完整的設(shè)備套件，而 Series 3 是該套件中的打印機(jī)。

粘結(jié)劑噴射領(lǐng)域的其他情況

目前，業(yè)內(nèi)僅有少數(shù)幾家金屬粘合劑噴射打印機(jī)制造商。GE Additive 的金屬粘合劑噴射機(jī)更新是繼惠普上個(gè)月在 IMTS 上推出自己的金屬粘合劑噴射機(jī)之后。Desktop Metal 與 ExOne 的整合，是目前金屬粘合劑噴射解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商。最值得注意的是，Desktop Metal 通過(guò)收購(gòu)ExOne 擁有最大的市場(chǎng)份額，其董事會(huì)成員就包括前 GE 首席執(zhí)行官 Jeff Immelt，以及惠普 3D 打印業(yè)務(wù)前總裁 Steve Nigro。

緊隨其后的是 Markforged，它從 Höganäs AB通過(guò)收購(gòu) Digital Metal 進(jìn)入該領(lǐng)域�；萜談倓傇� IMTS 上發(fā)布了其 MetalJet 技術(shù)，如果它在聚合物 3D 打印方面的歷史可以作為任何指標(biāo)，那么它應(yīng)該能夠迅速擴(kuò)大這項(xiàng)業(yè)務(wù)。不過(guò)，通用電氣依然是美國(guó)規(guī)模最大的公司之一，該公司僅在2021 年的收入就達(dá)到了741.96 億美元。

SmarTech Analysis 研究執(zhí)行副總裁 Scott Dunham今年早些時(shí)候提供了他對(duì)金屬粘合劑噴射領(lǐng)域的展望，而 SmarTech 更廣泛地預(yù)測(cè)，到 2030 年，使用粘合劑噴射的金屬部件的 3D 打印將價(jià)值 540億美元。不管最終是誰(shuí)拔得頭籌，通用電氣肯定會(huì)獲得更大的份額，因?yàn)樗�不僅通過(guò) AP&C 生產(chǎn)用于多種金屬增材制造領(lǐng)域的機(jī)器，而且還生產(chǎn)粉末。