GE Additive推出粘合剂喷射3D打印机，打印尺寸500mm 2023年交付

导读：长期以来，实现快节奏、大批量的规模化生产一直都是增材制造领域内的各厂商孜孜以求的目标。如今，粘结剂喷射的创新领导者GE Additive公司将率先揭开3D打印工业化大幕的一角。

2022年10月19日，南极熊获悉，位于俄亥俄州辛辛那提的GE Additive公司宣布，其金属粘合剂喷射Series 3打印机预计将于2023年下半年开始生产交付。据悉，这套粘合剂喷射（Binder Jet）打印系统在发布前已经经历过了长达四年的客户开发、合作和测试，以确保其金属粘合剂喷射技术已为大批量生产环境做好准备。

△GE Additive 的 Series 3金属粘合剂喷射机

通用电气增材（GE Additive）公司的首席工程师和创新领导人Josh Mook说："除了有形的商业模式，在快节奏、大批量制造环境中的客户，如果考虑工业规模的增材部署，也需要尽快展示积极的财务和生产力影响。一旦机器安装在车间，客户就不应该再重新配置和调整。我们仍然专注于只在技术解决方案准备就绪时将其推向市场，并能帮助我们的客户展示投资回报和总拥有成本。我们新的Binder Jet line和Series3系列设备拥有可靠、安全的性能，能满足他们长期的需求。“

△GEAdditive的Binder Jet line有能力提供大规模的工业化3D打印。

在过去的四年里，一组精选的战略客户合作伙伴为GE Additive BinderJet技术平台的开发做出了贡献。GE Additive 声称，其Series 3 的构建体积为 500 x 500 x 500 mm，能够增材制造复杂、小型和大型零件——可重复且可靠，具有超过类似铸造产品的出色材料性能，可实现的通孔直径和壁厚小于500μm。GE公司的粘结剂喷射技术已经成功地证明了打印和烧结大型零件的能力，这些零件符合生产所需的尺寸和特征分辨率公差，在（但不限于）重量高达 25 公斤的不锈钢零件中表现出强大的成形能力，并且“对最大壁厚没有已知的限制”。

开发新的金属 3D 打印技术

GE Additive 是在收购了两家依靠粉末床融合 (PBF) 技术的金属 3D 打印机制造商Concept Laser和Arcam后成立的。然而，PBF（Concept 中的激光和 Arcam 中的电子束）都有缺点，包括成本高和吞吐量低。因此，金属粘合剂喷射为大规模生产 3D 打印金属部件开辟了新的可能性。此外，与流行的看法相反，它可以产生内部通道，你只需要一个足够坚固的粘合剂。

△Series 3 是 GE 所有业务部门合作的结果，化学开发发生在 GE 研究中心，机器设计师大多来自 GE Aerospace。

GE Additive 的首席工程师和创新负责人 Josh Mook 在揭幕仪式上告诉媒体：“该计划真正开始于 2016 年。最初的动机是专门解决 GE 业务的铸造成本问题。实际上，我们开始使用我们的化学品开发粘合剂喷射，在我们决定应该使用硬件之前，我们在粘合剂的化学方面工作了很长时间，因为已经可用的东西不能满足我们的需求。我们不仅关注高速和吞吐量，还关注工业、工厂级设备。从我在 GE Additive 的角度来看，这是该领域一段时间以来一直缺失的东西。”

△GE Additive 的 Series 3 金属粘合剂喷射 3D 打印机。图片由 GE Additive 提供。

Mook 指出，粘合剂喷射对于公司在行业中的主导地位至关重要。然而，问题在于该技术是否应该在内部开发或收购。当 GE 追求后一种选择时，它把 Series 2 beta 系统称为“H2”。Mook解释了原因：“我们知道我们需要进入粘合剂喷射领域以实现快速整合。我们必须决定是要收购还是有机？收购很困难，我们有一群工程师在拼命地建造一些有机的东西。大概在 2017 年左右，我们留出了一个小团队，给了他们 55 天的时间来尝试制造一台机器。这就是为什么它被称为“H”。H代表“喧嚣”。47 天后，我们在上面打印了第一部分。尽管它是如此快速的设计-构建-测试，但它证明了我们有一些独特的东西。现在，我们已经进入第三代系列 3。从第一个原型到将它交到客户手中，我们用了不到四分之三的时间。”

Binder Jet Line 是如何工作的？

GE 的粘合剂喷射技术将水基粘合剂沉积在粉末床上。然后将水加热，使其在剩余材料交联形成半固体复合材料或“生坯”零件之前蒸发。然后，Series 3 会将打印过程中排出的任何水分吸出，并将其用作机器清洁剂的一部分。它不仅可以打印惰性或活性金属，还可以打印复合材料和陶瓷。

作为 Binder Jet Line 的一部分，有三件辅助设备可以支持多台机器，并且不必紧挨着 Series 3。Liquid MHS 充当粘合剂的载体和活动打印头的清洁剂维护并配备三个桶，一个用于粘合剂，一个用于低成本清洁剂，另一个用于主要由不再可行的受污染清洁剂组成的废物。

粉末 MHS 包括两个用于原始粉末和回收粉末的料斗，与姊妹企业 AP&C 共同开发，并使用气动压缩机每分钟将约 25 公斤移动到Series 3设备上。原料粉末装在联合国批准的桶中运输并直接连接到机器上，这意味着无需人工操作员来启动此过程。机器将粉末吸出，并将其喷射到原始粉末料斗中，同时将回收材料放入回收的粉末料斗中。

根据 GE 的说法，其BinderJet Line主要为用户提供了以下几种功能：

• 能够在不破坏精细特征的情况下对复杂零件进行脱粉处理，这得益于 GE 的专有粘合剂系统；
• 由于GE Additive 的 Amp软件中的变形预测和补偿功能，还可以在所需的公差范围内烧结零件；
• 开发与传统铸造方法相当或更好的高质量零件，能够打印和烧结具有低表面粗糙度的零件。
  

Binder Jet line的三大优势：低成本、规模化和安全生产

由于GE Additive努力使工业金属增材制造成为一个经济的过程（$/cc是Binder Jet line的一个关键驱动因素），所以最终零件的成本越能降低，该技术的应用空间就越大。这些计算的一部分包括与传统制造技术的成本比较，在公差和成本方面，从进货的原材料到最终拿到手的零件（总成本--不仅仅是机器）。

在成本效率方面，通用电气承诺通过回收未使用的粉末并利用更便宜的材料（与其他粉末床技术相比）来减少原材料支出。它还建议用户将能够“从上到下、从边到边，无需支撑”利用整个构建外壳，并解决“否则使用传统或其他现有增材技术制造成本太高或难以制造”的新应用。

通用电气的Binder Jet line提供了高的整体设备效率（OEE）、自动化准备、预测性变形和补偿，以及符合并超过行业标准的材料特性。其目标是让所有这些方面结合起来，使金属增材生产的总成本最低。

根据客户和合作伙伴在技术开发阶段的投入，GE Additive公司专注于实现最终部署40、50和100+机器的安装，该公司表示这种规模化的应用具有优势：

• 将推动具有相同质量的部件规模化制造，
• 提供比其他增材制造方式快100倍的打印速度，可推动高生产率的自动化技术；
• 规模化流程和硬件可优化节拍时间，并能无缝集成到工业化生产当中。
  

在安全方面，GE 的 Binder Jet Line 无需危险分区即可运行，其设计旨在最大限度地减少操作员与系统和金属粉末的接触。该机器将获得 UL 认证和 CE 认证，同时还拥有100% 惰性和密封环境、全闭环无粉暴露以及用于监控机器状况的实时安全系统。该机器还设计为与反应性和易燃粉末和粘合剂兼容。

GE Additive Binder Jet产品线负责人Brian Birkmeyer总结说："快速跟踪解决方案并过早地将其推向市场并不是一个合理的策略，这往往是机器最终在研发实验室中折戟沉沙的原因。在Series 3和Binder Jet line的初期开发阶段，我们就致力于寻找那些能够从他们的大批量制造环境中给我们提供真实的、现实世界的见解的客户。我们采纳了他们的意见，以补充我们在扩大增材生产规模方面的实践知识和经验。最终，我们开发出了一个现代的、模块化的工业化增材系统，它紧密贴合增材用户的开发需求，以低成本、规模化和安全化的方式提供优质零件。“

客户协作

GE 的金属粘合剂喷射技术是在四年的客户发现阶段与主要合作伙伴开发的，其中包括各种垂直领域的大公司：康明斯（发电和汽车），Wabtec （铁路）， 山特维克（采矿）， 肯纳金属（磨损时的工业应用和耐腐蚀性是关键）。由于 GE Additive 在过去几年中一直致力于开发其金属粘合剂喷射技术，它已通过其 Beta 合作伙伴计划与多家公司保持一致。康明斯于 2019 年 4 月宣布成为测试版合作伙伴，西屋制动（Wabtec）于 2019 年 5 月披露，山特维克和肯纳金属随后跟进。去年，康明斯宣布其第一个金属粘合剂喷射 3D 打印部件处于生产的最后阶段。

这些合作伙伴中的每一个都为 GE 的金属粘合剂喷射技术的发展做出了贡献。在宣布明年将在 Beta 合作伙伴计划之外交付机器时，GE 谈到了 Beta 合作伙伴：“对于这种开发和知识的核心，共享工作仍然是共同承诺，以成本、质量、以所需的规模，安全地进行。”

GE Additive 粘合剂喷射产品线负责人 Brian Birkmeyer 表示，尽管 Series 3 的前身只是一台测试版机器，构建体积为 380 x 380 x 270 毫米，但它最终作为一个生产系统用于它的客户。

Birkmeyer 说：“我们一直在与选定的合作伙伴进行持续、安静的工作，以确保我们为市场带来的产品行之有效。这就是为什么你会看到很长的时间线。Series 2 测试版旨在成为Series 3 之前的测试版，但我们的许多客户已将其用于低速率生产。”

目前，GE 不打算再生产 Series 2 开发平台，尽管该公司仍在积极为其寻找合作伙伴，并且未来可能会变得更加强大。目前，Binder Jet Line 代表完整的设备套件，而 Series 3 是该套件中的打印机。

粘结剂喷射领域的其他情况

目前，业内仅有少数几家金属粘合剂喷射打印机制造商。GE Additive 的金属粘合剂喷射机更新是继惠普上个月在 IMTS 上推出自己的金属粘合剂喷射机之后。Desktop Metal 与 ExOne 的整合，是目前金属粘合剂喷射解决方案的领先供应商。最值得注意的是，Desktop Metal 通过收购ExOne 拥有最大的市场份额，其董事会成员就包括前 GE 首席执行官 Jeff Immelt，以及惠普 3D 打印业务前总裁 Steve Nigro。

紧随其后的是 Markforged，它从 Höganäs AB通过收购 Digital Metal 进入该领域。惠普刚刚在 IMTS 上发布了其 MetalJet 技术，如果它在聚合物 3D 打印方面的历史可以作为任何指标，那么它应该能够迅速扩大这项业务。不过，通用电气依然是美国规模最大的公司之一，该公司仅在2021 年的收入就达到了741.96 亿美元。

SmarTech Analysis 研究执行副总裁 Scott Dunham今年早些时候提供了他对金属粘合剂喷射领域的展望，而 SmarTech 更广泛地预测，到 2030 年，使用粘合剂喷射的金属部件的 3D 打印将价值 540亿美元。不管最终是谁拔得头筹，通用电气肯定会获得更大的份额，因为它不仅通过 AP&C 生产用于多种金属增材制造领域的机器，而且还生产粉末。