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

面向工業(yè)4.0的制造努力

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

圖片：GE 的粘結劑噴射3D打印設備

      康明斯公司計劃在其生產過程中加速使用3D打印-增材制造技術，引入GE的粘結劑噴射增材制造技術也標志著康明斯打算更全面的實施工業(yè)4.0技術，以改善其工作流程中的自動化，云計算和其他過程。康明斯計劃將增材制造過程最初用于生產小批量零件，并逐步探索如何將該技術整合到大批量生產中。根據康明斯公司全球制造副總裁Tim Millwood，通過投資GE Additive的金屬3D打印技術，康明斯有可能為其客戶提供更快，成本更低的產品，并且可以更好地為其客戶服務并減少對環(huán)境的影響。正如前文所提到的，GE Additive的粘結劑噴射技術于2017年首次亮相，與更常見的基于激光的3D打印技術相比，粘結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，無縫銜接在制造流程環(huán)節(jié)中，將是3D打印進入制造業(yè)產業(yè)化的主旋律。根據3D科學谷的市場了解，GE Additive目前正在擴展該技術，首先形成試驗生產線，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。而在正式的商業(yè)化計劃方面，GE的粘結劑噴射系統(tǒng)預計將于2021年上市。最初，康明斯的粘結劑噴射系統(tǒng)將被置放于俄亥俄州辛辛那提的GE Additive實驗室，康明斯的團隊將與GE實驗室共同負責這臺設備的使用。今年晚些將完成正式交付。

目前，康明斯還擁有GE的兩臺Concept Laser M2選區(qū)激光熔化金屬3D打印機。其中一臺位于印第安納州哥倫布市的康明斯技術中心，另一臺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)模生產的企業(yè)，而粘結劑噴射3D打印技術可以在短時間內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，可以與鑄造工藝進行競爭。該技術在需要快速制造鑄件的制造行業(yè)中具有應用潛力。粘結劑噴射3D打印技術是通過材料噴射和燒結工藝的相互結合來生產完全密度的金屬零部件。 成本較低的設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的關鍵要素。

      粘結劑噴射3D打印技術需要克服的挑戰(zhàn)也很多，除了粘結劑材料方面的技術各有千秋，制造方面包括如何優(yōu)化熱處理過程，加強熱處理強度，優(yōu)化對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)。當前間接金屬3D打印技術包括多種不同的技術，一大類是以Desktop Metal, 惠普，Exone, 3DEO, Markforged，GE所代表的binder jetting（粘結劑噴射）技術，另一類是以Xjet為代表的NanoParticle Jetting技術，第三類是例如Prodways與CEA Tech LITEN 開發(fā)的以樹脂為間接體的金屬3D打印技術，第四類是熔融長絲制造技術。

    從粘結劑噴射技術市場來看，目前市場上活躍的幾個粘結劑噴射3D打印設備品牌，在技術上各具特色。例如，Desktop Metal的DM生產系統(tǒng)據稱是用于批量生產高分辨率金屬部件的最快的3D打印系統(tǒng)。另外一家，粘結劑噴射3D打印設備老牌企業(yè)ExOne的設備也可以用于金屬打印，ExOne的Exerial系統(tǒng)能夠使客戶通過一種間接打印技術來進行工業(yè)化的批量生產。另一家老牌企業(yè)德國voxeljet-維捷公司則主要將粘結劑噴射及技術應用于打印砂子、PMMA和陶瓷等材料。

       而從制造企業(yè)的層面來看，我們看到汽車制造商正在掀起一波風起云涌的3D打印技術，這其中包括通用汽車正在努力標準化3D打印，并在全球所有工廠中應用3D打印技術。典型的案例包括通用汽車采用歐特克（Autodesk)的創(chuàng)成式設計軟件對車內零部件進行優(yōu)化設計，并計劃在大約一年內在車內安裝這些零件。還包括寶馬（BMW）在制造全新發(fā)動機BMW S58的過程中應用了3D打印技術制造缸蓋的鑄造砂芯，而寶馬應用該技術的目的是滿足輕量化以及熱管理性能的需求，3D打印技術不僅使寶馬工程師能夠實現氣缸蓋的最小重量，還能夠制造出集成冷卻通道的復雜缸蓋結構，從而優(yōu)化其熱管理性能。

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