GEアディティブ、500mmプリントサイズのバインダージェッティング3Dプリンターを発売、2023年に納入予定

はじめに: 長い間、高速かつ大規模な生産を実現することが、積層造形の分野でメーカーが追求してきた目標でした。今日、バインダージェッティングの革新的リーダーである GE Additive が、3D プリントの産業化を初めて垣間見せる先導役を務めています。
2022年10月19日、アンタークティックベアは、オハイオ州シンシナティに拠点を置くGEアディティブが、金属バインダージェッティングシリーズ3プリンターの生産と納品を2023年後半に開始する予定であると発表したことを知りました。このバインダージェット印刷システムは、その金属バインダージェット技術が大量生産環境に対応できることを確認するために、リリース前に 4 年間の顧客開発、協力、テストを経ていると報告されています。
△GEアディティブのシリーズ3金属バインダージェットマシンについて、GEアディティブのチーフエンジニア兼イノベーションリーダーであるジョシュ・ムック氏は次のように語っています。「具体的なビジネスモデルに加え、ペースの速い大量生産環境の顧客は、産業規模の積層造形導入を検討している場合、できるだけ早く財務および生産性へのプラスの影響を実証する必要があります。マシンが工場の現場に設置されたら、顧客は再構成や調整を行う必要はありません。当社は、技術ソリューションが準備でき次第、市場に投入し、顧客が投資収益率と総所有コストを実証できるようにすることに重点を置いています。当社の新しいバインダージェットラインとシリーズ3シリーズの機器は、顧客の長期的なニーズを満たす信頼性と安全性を備えています。」
△GEAdditiveのBinder Jetラインは、大規模な産業用3Dプリントを提供することができます。
過去 4 年間にわたり、厳選された戦略的顧客パートナーのグループが、GE Additive BinderJet テクノロジープラットフォームの開発に貢献してきました。 GE Additive は、500 x 500 x 500 mm の造形体積を持つシリーズ 3 は、類似の鋳造製品を上回る優れた材料特性を備え、貫通穴の直径と壁の厚さを 500μm 未満に抑え、複雑な小型部品や大型部品を高い再現性と信頼性で積層造形できると主張しています。 GE のバインダージェッティング技術は、生産に必要な寸法および機能解像度の許容範囲を満たす大型部品の印刷と焼結が可能であることを実証し、重量が最大 25 kg のステンレス鋼部品 (ただしこれに限定されません) の強力な成形能力を示し、「最大壁厚の制限はない」としています。
新しい金属3Dプリント技術の開発

GE Additive は、粉末床溶融結合 (PBF) 技術を採用した 2 つの金属 3D プリンター製造業者である Concept Laser と Arcam の買収により設立されました。ただし、PBF (Concept ではレーザー、Arcam では電子ビーム) には、コストが高く、スループットが低いなどの欠点があります。したがって、金属バインダージェッティングは、3D プリントされた金属部品の大規模生産に新たな可能性をもたらします。また、一般に信じられていることとは反対に、内部チャネルを作成することは可能です。必要なのは、十分に強力な接着剤だけです。

△シリーズ 3 は、GE のすべての事業部門のコラボレーションの成果であり、化学開発は GE リサーチセンターで行われ、機械設計者のほとんどは GE エアロスペースから派遣されました。
「このプログラムは、2016年に実際に開始されました」と、GEアディティブのチーフエンジニア兼イノベーションリーダーであるジョシュ・ムック氏は発表会でメディアに語りました。「当初の動機は、GE事業の鋳造コストを具体的に解決することでした。私たちは実際に、私たちの化学薬品を使ってバインダージェッティングの開発を開始し、長い間バインダーの化学薬品に取り組んできましたが、既存のものは私たちのニーズを満たさなかったため、ハードウェアに移行することを決定しました。私たちは、高速性とスループットだけでなく、産業用、工場レベルの機器も検討しています。GEアディティブの私の視点からすると、それはこの分野で長い間欠けていたものです。」

△GE Additiveのシリーズ3金属バインダージェット3Dプリンター。画像提供：GE Additive。
ムック氏は、バインダージェッティングが同社が業界で優位に立つために非常に重要だと指摘した。しかし、問題は、その技術を自社で開発すべきか、それとも買収すべきかということです。 GE が後者の選択肢を追求したとき、同社はシリーズ 2 ベータシステムを「H2」と呼んだ。ムーク氏はその理由を次のように説明します。「迅速な統合を可能にするためにバインダージェッティングに参入する必要があることはわかっていました。買収によって行うか、それとも自力で進めるかを決める必要がありました。買収は困難でしたが、自力で何かを構築しようとエンジニアのグループが奮闘していました。おそらく 2017 年頃、私たちは小さなチームを編成し、55 日間でマシンの構築を試みました。それが「H」と呼ばれる理由です。H は「ハッスル」の略です。47 日後、最初の部品を印刷しました。設計、構築、テストが非常に迅速だったにもかかわらず、私たちがユニークなものを持っていることが証明されました。現在、私たちは第 3 世代のシリーズ 3 に取り組んでいます。最初のプロトタイプからお客様の手に届けるまでの時間は、4 分の 3 未満でした。」

バインダージェットラインはどのように機能しますか?

GE のバインダージェッティングテクノロジーは、水ベースのバインダーを粉末床に堆積させます。次に、水を加熱して蒸発させ、残りの材料が架橋して半固体の複合材、つまり「グリーン」部品を形成します。 Series 3 は、印刷プロセス中に放出された水分を吸い取り、それをマシンのクリーニング溶液の一部として使用します。不活性または反応性の金属だけでなく、複合材料やセラミックも印刷できます。

Binder Jet ラインには、複数のマシンをサポートでき、シリーズ 3 のすぐ隣に配置する必要のない補助装置が 3 つあります。 Liquid MHS は、アクティブプリントヘッドの接着剤とクリーナーのメンテナンスのキャリアとして機能し、接着剤用、低コストのクリーナー用、および使用できなくなった汚染されたクリーナーを主成分とする廃棄物用の 3 つのバケツが付属しています。

Powder MHS には、バージンパウダーとリサイクルパウダー用の 2 つのホッパーが含まれており、姉妹会社の AP&C と共同で開発され、空気圧コンプレッサーを使用して毎分約 25 kg をシリーズ 3 ユニットに移動します。原料粉末は UN 承認のドラムで出荷され、機械に直接接続されるため、プロセスを開始するために人間のオペレーターは必要ありません。機械は粉末を吸い出して元の粉末ホッパーに排出し、リサイクル材料を回収粉末ホッパーに入れます。

GE によれば、BinderJet ラインは主に以下の機能をユーザーに提供します。

GE 独自のバインダーシステムにより、繊細な特徴を損傷することなく複雑な部品の粉末を除去することができます。
GE Additive の Amp ソフトウェアの変形予測および補正機能により、必要な許容範囲内で部品を焼結することも可能です。
表面粗さの低い部品を印刷および焼結する機能を備え、従来の鋳造方法と同等かそれ以上の高品質の部品を開発します。

バインダージェットラインの3つの主な利点：低コスト、大規模、安全な生産<br /> GE Additive は、工業用金属 AM を経済的なプロセスにすることに取り組んでおり ($/cc が Binder Jet ラインの重要な推進力となっています)、最終部品のコストが下がるほど、この技術の適用範囲が広がります。これらの計算の一部には、原材料の入荷から最終的な部品の完成まで（機械だけでなく総コスト）の許容範囲とコストの観点から、従来の製造技術とのコスト比較が含まれます。
コスト効率の面では、GE は未使用の粉末をリサイクルし、より安価な材料を利用することで（他の粉末ベッド技術と比較して）原材料費を削減することを約束しています。また、ユーザーはビルドエンクロージャ全体を「上から下まで、端から端まで、サポートなしで」使用できるようになり、「従来の、または他の既存の付加的技術を使用して製造するにはコストがかかりすぎたり困難だったりする」新しいアプリケーションに対応できるようになることも示唆しています。
GE のBinder Jet ラインは、高い総合設備効率 (OEE)、自動化された準備、予測的な変形と補正、および業界標準を満たすかそれを上回る材料特性を提供します。目標は、これらすべての側面を組み合わせて、金属添加剤製造の総コストを最小限に抑えることです。
GE Additive は、技術開発段階での顧客やパートナーからの意見に基づき、最終的には 40 台、50 台、100 台以上のマシン導入を実現することに注力しており、この規模の導入には次のような利点があると述べています。

同一品質の部品の大量生産を促進し、
他の積層造形方法よりも 100 倍速い印刷速度を提供し、生産性の高い自動化技術を可能にします。
スケールされたプロセスとハードウェアによりサイクルタイムが最適化され、工業生産にシームレスに統合できます。

安全性の面では、 GEのバインダージェットラインは危険な仕切りなしで動作し、オペレーターとシステムおよび金属粉末との接触を最小限に抑えるように設計されています。この機械はUL登録およびCE認証を受けており、100%不活性で密閉された環境、粉末にさらされない完全な閉ループ、機械の状態を監視するリアルタイムの安全システムも備えています。この機械は、反応性および可燃性の粉末や接着剤にも対応できるように設計されています。

GE Additive Binder Jet 製品ラインのリーダーである Brian Birkmeyer 氏は、次のように結論付けています。「ソリューションを急いで開発し、時期尚早に市場に投入することは健全な戦略ではなく、多くの場合、機械が研究開発ラボで放置される原因となります。シリーズ 3 および Binder Jet ラインの初期開発段階では、大量生産環境から実際の現実的な洞察を提供できるお客様を探しました。お客様の意見を取り入れて、積層造形生産の規模拡大に関する当社の実践的な知識と経験を補完しました。その結果、積層造形ユーザーの開発ニーズに密接に適合し、低コストで大規模かつ安全な方法で高品質の部品を提供する、最新のモジュール式産業用積層造形システムが誕生しました。」
顧客とのコラボレーション

GE の金属バインダージェッティング技術は、Cummins (発電および自動車)、Wabtec (鉄道)、Sandvik (鉱業)、Kennametal (耐摩耗性と耐腐食性が重要となる工業用途) など、さまざまな業界の大手企業を含む主要パートナーとの 4 年間の顧客発見フェーズで開発されました。 GE Additive は過去数年間にわたり金属バインダージェッティング技術の開発に取り組んでおり、ベータパートナープログラムを通じて複数の企業と提携してきました。 Cummins は 2019 年 4 月にベータパートナーとして発表され、Wabtec は 2019 年 5 月に発表され、その後すぐに Sandvik と Kennametal がそれに続きました。昨年、カミンズは同社初の金属バインダージェット3Dプリント部品が生産の最終段階にあると発表した。

これらの各パートナーは、GE の金属バインダージェッティング技術の開発に貢献してきました。 GE は、来年ベータパートナープログラム以外でマシンを提供する予定であることを発表し、ベータパートナーについて次のように述べました。「この開発と知識共有の中心にあるのは、コスト、品質、必要な規模、そして安全性を確保しながらそれを実行するという共通のコミットメントです。」

GE Additive のバインダージェッティング製品ラインリーダーである Brian Birkmeyer 氏は、シリーズ 3 の前身はビルドボリュームが 380 x 380 x 270 mm のベータマシンに過ぎなかったが、最終的には生産システムとして顧客に提供される予定であると述べています。

「私たちは、市場に投入するものが機能することを確認するために、厳選されたパートナーと継続的かつ静かに作業を行ってきました」とバークマイヤー氏は述べた。「そのため、タイムラインは長くなっています。シリーズ 2 ベータ版は、シリーズ 3 ベータ版のプレ版として意図されていましたが、多くのお客様がすでに低レートの生産に使用しています。」

現時点では、GE はシリーズ 2 開発プラットフォームを製造する予定はありませんが、同社は引き続き積極的にパートナーを探しており、将来的にはさらに強力になる可能性があります。現在、Binder Jet Line は完全な機器スイートを表しており、シリーズ 3 はそのスイート内のプリンターです。

バインダージェッティングに関するその他のニュース<br /> 現在、業界には金属バインダージェットプリンターのメーカーはわずかしかありません。 GE Additive の金属バインダージェッティングのアップデートは、先月 IMTS で HP が独自の金属バインダージェッティングマシンを発表したことに続くものです。 Desktop Metal は、ExOne と連携して、金属バインダージェッティングソリューションの大手プロバイダーになりました。最も注目すべきは、デスクトップメタルがエックスワンの買収により最大の市場シェアを獲得し、取締役会にGEの元CEOジェフ・イメルト氏やHPの3Dプリンティング事業の元社長スティーブ・ニグロ氏が含まれていることだ。

これに次いでいるのが、Höganäs AB から Digital Metal を買収してこの分野に参入した Markforged です。 HP は IMTS で MetalJet テクノロジーを発表したばかりですが、ポリマー 3D プリンティングにおける同社の歴史を見ると、このビジネスを急速に拡大できるはずです。しかし、GEは2021年だけで741億9600万ドルの収益を上げており、依然として米国最大の企業の1つです。
SmarTech Analysis の研究担当エグゼクティブバイスプレジデントであるスコットダナム氏は、今年初めに金属バインダージェッティング分野の見通しを発表しました。SmarTech は、バインダージェッティングを使用した金属部品の 3D プリントが 2030 年までに 540 億ドルの価値を持つようになるとより広範囲に予測しています。最終的に誰が勝利するかにかかわらず、GE は AP&C を通じてさまざまな金属 AM アプリケーション用の機械を生産するだけでなく、粉末も生産しているため、より大きなシェアを獲得することは間違いありません。