近年來(lái)，通過(guò)粘結(jié)劑噴射 （ binder jetting）工藝進(jìn)行金屬3D打印的設(shè)備受到了投資人的青睞。從投資市場(chǎng)方面，大量的投資資金因看好高速度、大批量和低成本的因素，而進(jìn)入到了粘結(jié)劑噴射 3D打印領(lǐng)域，后起之秀Desktop Metal, 惠普，3DEO, Markforged，GE等均是該領(lǐng)域的代表性企業(yè)。GE于2017年宣布進(jìn)入到了粘結(jié)劑噴射 3D打印技術(shù)領(lǐng)域并對(duì)外公布了一臺(tái)基于粘結(jié)劑噴射工藝的原型3D打印設(shè)備。如今，在GE正式商業(yè)化其粘結(jié)劑噴射金屬3D打印工藝之前，還需要與其合作伙伴一起通過(guò)應(yīng)用來(lái)不斷的驗(yàn)證其技術(shù)的市場(chǎng)可行性，而在這方面，康明斯成為首批采用GE這項(xiàng)技術(shù)的合作伙伴之一。

面向工業(yè)4.0的制造努力

     GE 研發(fā)的粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備的特點(diǎn)是，比粉末床熔融設(shè)備（包括選區(qū)激光熔融和電子束熔融）速度更快，更便宜。GE 粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備中的核心技術(shù)之一是一種特殊的粘結(jié)劑。通過(guò)粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)制造的金屬零件，在打印完成后，將通過(guò)熱處理工藝進(jìn)行加工。

圖片：GE 的粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備

      康明斯公司計(jì)劃在其生產(chǎn)過(guò)程中加速使用3D打印-增材制造技術(shù)，引入GE的粘結(jié)劑噴射增材制造技術(shù)也標(biāo)志著康明斯打算更全面的實(shí)施工業(yè)4.0技術(shù)，以改善其工作流程中的自動(dòng)化，云計(jì)算和其他過(guò)程?？得魉褂?jì)劃將增材制造過(guò)程最初用于生產(chǎn)小批量零件，并逐步探索如何將該技術(shù)整合到大批量生產(chǎn)中。根據(jù)康明斯公司全球制造副總裁Tim Millwood，通過(guò)投資GE Additive的金屬3D打印技術(shù)，康明斯有可能為其客戶提供更快，成本更低的產(chǎn)品，并且可以更好地為其客戶服務(wù)并減少對(duì)環(huán)境的影響。正如前文所提到的，GE Additive的粘結(jié)劑噴射技術(shù)于2017年首次亮相，與更常見(jiàn)的基于激光的3D打印技術(shù)相比，粘結(jié)劑噴射可以使打印速度快60到100倍。

     3D打印只是制造的一環(huán)，將與其他工藝充分融合在一起，無(wú)縫銜接在制造流程環(huán)節(jié)中，將是3D打印進(jìn)入制造業(yè)產(chǎn)業(yè)化的主旋律。根據(jù)3D科學(xué)谷的市場(chǎng)了解，GE Additive目前正在擴(kuò)展該技術(shù)，首先形成試驗(yàn)生產(chǎn)線，然后融入到完整的工廠解決方案。作為戰(zhàn)略合作伙伴，康明斯在早期就可以使用該技術(shù)。而在正式的商業(yè)化計(jì)劃方面，GE的粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)預(yù)計(jì)將于2021年上市。最初，康明斯的粘結(jié)劑噴射系統(tǒng)將被置放于俄亥俄州辛辛那提的GE Additive實(shí)驗(yàn)室，康明斯的團(tuán)隊(duì)將與GE實(shí)驗(yàn)室共同負(fù)責(zé)這臺(tái)設(shè)備的使用。今年晚些將完成正式交付。

目前，康明斯還擁有GE的兩臺(tái)Concept Laser M2選區(qū)激光熔化金屬3D打印機(jī)。其中一臺(tái)位于印第安納州哥倫布市的康明斯技術(shù)中心，另一臺(tái)則安裝在墨西哥圣路易斯波托西的研發(fā)中心。

Review

     康明斯是一家面向規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)，而粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)快速制造出金屬零件，使制造周期明顯縮短，特別是在鋁、鐵零件快速制造方面，可以與鑄造工藝進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。該技術(shù)在需要快速制造鑄件的制造行業(yè)中具有應(yīng)用潛力。粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)是通過(guò)材料噴射和燒結(jié)工藝的相互結(jié)合來(lái)生產(chǎn)完全密度的金屬零部件。 成本較低的設(shè)備也意味著零件成本大大降低，大批量成本較低的零部件是走向生產(chǎn)的關(guān)鍵要素。

      粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)需要克服的挑戰(zhàn)也很多，除了粘結(jié)劑材料方面的技術(shù)各有千秋，制造方面包括如何優(yōu)化熱處理過(guò)程，加強(qiáng)熱處理強(qiáng)度，優(yōu)化對(duì)收縮后失真的控制等等包括了一系列從加工工藝到軟件仿真等一系列的挑戰(zhàn)。當(dāng)前間接金屬3D打印技術(shù)包括多種不同的技術(shù)，一大類是以Desktop Metal, 惠普，Exone, 3DEO, Markforged，GE所代表的binder jetting（粘結(jié)劑噴射）技術(shù)，另一類是以Xjet為代表的NanoParticle Jetting技術(shù)，第三類是例如Prodways與CEA Tech LITEN 開(kāi)發(fā)的以樹(shù)脂為間接體的金屬3D打印技術(shù)，第四類是熔融長(zhǎng)絲制造技術(shù)。

    從粘結(jié)劑噴射技術(shù)市場(chǎng)來(lái)看，目前市場(chǎng)上活躍的幾個(gè)粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備品牌，在技術(shù)上各具特色。例如，Desktop Metal的DM生產(chǎn)系統(tǒng)據(jù)稱是用于批量生產(chǎn)高分辨率金屬部件的最快的3D打印系統(tǒng)。另外一家，粘結(jié)劑噴射3D打印設(shè)備老牌企業(yè)ExOne的設(shè)備也可以用于金屬打印，ExOne的Exerial系統(tǒng)能夠使客戶通過(guò)一種間接打印技術(shù)來(lái)進(jìn)行工業(yè)化的批量生產(chǎn)。另一家老牌企業(yè)德國(guó)voxeljet-維捷公司則主要將粘結(jié)劑噴射及技術(shù)應(yīng)用于打印砂子、PMMA和陶瓷等材料。

       而從制造企業(yè)的層面來(lái)看，我們看到汽車制造商正在掀起一波風(fēng)起云涌的3D打印技術(shù)，這其中包括通用汽車正在努力標(biāo)準(zhǔn)化3D打印，并在全球所有工廠中應(yīng)用3D打印技術(shù)。典型的案例包括通用汽車采用歐特克（Autodesk)的創(chuàng)成式設(shè)計(jì)軟件對(duì)車內(nèi)零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并計(jì)劃在大約一年內(nèi)在車內(nèi)安裝這些零件。還包括寶馬（BMW）在制造全新發(fā)動(dòng)機(jī)BMW S58的過(guò)程中應(yīng)用了3D打印技術(shù)制造缸蓋的鑄造砂芯，而寶馬應(yīng)用該技術(shù)的目的是滿足輕量化以及熱管理性能的需求，3D打印技術(shù)不僅使寶馬工程師能夠?qū)崿F(xiàn)氣缸蓋的最小重量，還能夠制造出集成冷卻通道的復(fù)雜缸蓋結(jié)構(gòu)，從而優(yōu)化其熱管理性能。

       如果說(shuō)先前汽車廠商將3D打印僅僅用在原型和工裝夾具領(lǐng)域，那么無(wú)論是采用選區(qū)激光熔化SLM金屬3D打印技術(shù)，還是采用粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)打印金屬，亦或是采用采用粘結(jié)劑噴射3D打印技術(shù)打印砂型與鑄造工藝的結(jié)合應(yīng)用，汽車廠商都正在開(kāi)辟一條將3D打印技術(shù)與工業(yè)制造4.0深入結(jié)合的新賽道。