8千字干貨！冷噴涂金屬3D打印技術的發(fā)展現狀

導讀：作為一種新興的增材制造技術，冷氣動力噴涂(冷噴涂)在材料加工領域的應用前景十分廣闊。冷噴涂是一種利用固態(tài)粉末顆粒自固結能力而實現顆粒相互結合的粉末沉積方法，在高速沖擊的條件下，這種粉末的自固結才能得以實現。隨著對冷噴涂工藝設備及噴涂工藝的研究，冷噴涂的一些缺點逐漸被克服，其應用領域也逐漸擴大。

南極熊本期文章總結了冷噴涂3D打印技術及其涂層沉積原理，綜述了近年來國內外冷噴涂金屬3D打印技術的研究現狀、應用現狀、專利申請情況、發(fā)展方向及應用前景，以期為讀者進一步了解和學習有關冷噴涂金屬3D打印的專業(yè)知識提供參考。

冷噴涂技術

冷噴涂技術是20世紀80年代中后期由前蘇聯科學院理論與應用力學研究所的Papyrin等發(fā)明的一種涂層制備方法。研究發(fā)現當粉末噴涂速度超過某一臨界值時，粉末與基底碰撞后就會在其表面沉積形成涂層。由此，他們在1990年提出了冷噴涂概念并發(fā)表了第一篇關于冷噴涂的論文。隨后，冷噴涂技術因其制備優(yōu)勢逐漸引起人們的關注，在材料表面涂層制備技術領域得到了迅速發(fā)展。與此同時，研究人員還開展了冷噴涂設備的研制、涂層沉積原理及涂層結構與性能的研究，對冷噴涂技術的發(fā)展與應用起到了積極推動的作用。

冷噴涂技術是基于空氣動力學原理，利用壓縮氣體帶動粉末顆粒通過拉瓦爾縮放噴管將其加速，使獲得超音速的粉末顆粒碰撞基底發(fā)生塑性形變并沉積在基底表面形成涂層的一種新型噴涂技術。根據噴涂氣壓大小與送粉方式的不同，冷噴涂設備主要可分為高壓(1.5~4.0MPa)和低壓(0.6~1.5MPa)冷噴涂。高壓冷噴涂設備系統(tǒng)主要以N2、He或兩者的混合氣體作為氣源，其高壓氣路和粉末流動管道各自獨立，噴涂粉末由縮放噴管的前端進入，在噴管內部與熱氣流混合后經縮放噴管加速噴出，設備系統(tǒng)相對龐大，多以固定式安放；此外，該設備噴涂溫度相對較高(200~800℃)，噴涂粉末速度可達300~1200m/s；涂層沉積速率高、結構均勻致密，可實現大面積涂層的快速制備；但同時也存在氣體和粉體耗費量大、噴涂經濟成本高及設備難搬運等缺點。

與高壓冷噴涂設備系統(tǒng)相比，低壓冷噴涂設備系統(tǒng)裝置簡單易攜，噴涂粉末由縮放噴管的后段進入，經過加速、加熱的氣體帶動粉末噴出；噴涂設備所需氣體壓力較小，多以壓縮空氣為載氣，噴涂溫度(200~650℃)較低，噴涂粉末速度約為350~700m/s，氣體消耗量小，噴涂成本低，可用于涂層制備與破損零部件的增材修復等；但也存在涂層結合強度較低和沉積速率較小等缺點。高壓和低壓冷噴涂設備系統(tǒng)裝置結構示意圖下圖所示。

△高/低壓冷噴涂設備系統(tǒng)裝置結構示意圖

此外，在原有冷噴涂技術基礎上逐漸發(fā)展起來的涂層制備技術還有真空冷噴涂、脈沖氣體冷噴涂、激光輔助冷噴涂、激波風洞冷噴涂及電場輔助冷噴涂等。

冷噴涂涂層沉積原理

在冷噴涂涂層沉積原理的研究過程中，材料絕熱剪切失穩(wěn)現象的發(fā)生成為涂層實現有效沉積的重要前提條件。As⁃sadi等利用數值模擬和實驗相結合的方法研究了冷噴涂過程中銅粉以不同噴涂速度碰撞基底并發(fā)生沉積時其界面的應力、應變及溫度變化情況，分析了涂層的沉積原理。研究結果表明，噴涂粉末速度太高或太低會產生沖蝕或回彈，無法實現涂層的沉積；只有當噴涂粉末的速度達到或接近其臨界沉積速度時，噴涂粉末與基底表面高速碰撞產生的熱量來不及散失，引發(fā)了其撞擊界面的應力、應變及溫度的突變，進而使銅粉的塑性形變增大，實現涂層的有效沉積。此外，由于不同粉末在噴涂過程中的沉積狀態(tài)存在差異，在發(fā)生絕熱剪切失穩(wěn)過程中涂層內部顆粒間的結合方式主要可分為物理結合、機械結合、冶金結合及不同種顆粒在高速碰撞過程中由于界面升溫而形成的化學鍵結合等方式。

在冷噴涂涂層沉積過程中，噴涂粉末顆粒在機械撞擊作用下發(fā)生塑性形變，而形變使得粉末顆粒的位錯密度增大，界面晶粒得到細化，有效阻礙原子層之間的相對運動，涂層硬度和強度均得到明顯提高。此外，研究人員還通過在金屬噴涂粉末中添加較大粒徑粉末和硬質陶瓷顆粒等方法，在利用其機械撞擊作用增大金屬顆粒塑性形變的同時也可通過彌散強化實現涂層力學與摩擦學性能的提升。例如，硬質陶瓷顆粒在冷噴涂涂層沉積過程中的作用主要可分四個階段：(1)硬質陶瓷顆粒對金屬粉末的加速和部分硬質顆粒優(yōu)先碰撞基底材料表面；(2)硬質陶瓷顆粒通過撞擊去除基底表面氧化層，獲得活化且較為粗糙的基底材料表面；(3)硬質陶瓷顆粒撞擊涂層后反彈，少量陶瓷顆粒在涂層中沉積；(4)涂層在硬質陶瓷顆粒的連續(xù)撞擊作用下致密度增大，部分陶瓷顆粒相互碰撞后發(fā)生碎裂、反彈。其作用過程示意圖如圖2所示。

△冷噴涂涂層沉積過程中硬質陶瓷顆粒作用過程示意圖

冷噴涂涂層的結合機制

在冷噴涂相關文獻中，研究人員通過實驗觀察揭示了冶金結合、機械錨固、機械互鎖和界面混合等顆粒/顆粒和顆粒/基體的結合機制。冶金結合是由于異質外延現象導致的動態(tài)再結晶或者由于大應變速率下的超塑性(絕熱剪切)現象而形成的含有金屬間化合物的非晶中間層。機械錨固是指粒子附著在基材上并在基材上產生較弱的壓痕以確保粒子的錨定，這種現象常見于金屬粒子在陶瓷基材表面的沉積。機械互鎖則是由于粒子刺入基板的深度較大而嵌在基板上的現象，常在金屬/聚合物、氧化物/聚合物、陶瓷/金屬和金屬/金屬的結合中發(fā)現。這種機械互鎖的情況也可以擴展到在基體表面缺陷內沉積粒子的變形情況，也用來解釋軟的金屬粒子在較硬的基體上沉積時材料在界面處的連續(xù)性，例如軟金屬/聚合物、金屬/陶瓷和聚合物/金屬之間的結合。在界面混合過程中，結合機制則是由使顆粒和基體在界面上混合的界面旋渦的發(fā)展所控制。

國內外冷噴涂增材制造技術(CSAM)的應用及研究現狀

理論上冷噴涂技術可以制備幾乎所有的金屬和金屬/陶瓷復合涂層且厚度超過50pm[55]，且冷噴涂沉積層可以有效防止高溫、腐蝕、侵蝕、氧化以及化學腐蝕，目前在航空航天、汽車、能源、醫(yī)療、海洋等領域有著廣泛的應用并在增材制造技術領域顯示出獨特的優(yōu)勢。

浙江工業(yè)大學姚建華提出超音速冷噴涂耦合激光3D打印

2016年，國內浙江工業(yè)大學的姚建華教授為突破3D打印工業(yè)化應用的主要瓶頸，加強“產學研用”，將目光瞄準了“超音速冷噴涂+激光”這種新型的3D打印技術，提出了“基于超音速激光沉積的金屬增材制造(3D打印)技術基礎研究”，將其與激光熔覆相結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

Akron大學申請“冷噴涂3D打印維修飛機”技術許可

2017年3月，美國俄亥俄州的Akron大學與航空維修工程服務公司(AMES)展開合作，旨在探索如何更好地利用“冷噴涂技術”維修飛機金屬零部件，并向美國聯邦航空局提交了相關的許可申請。

Titomic公司開發(fā)基于冷噴涂的全新金屬3D打印工藝——KineticFusion

2017年9月，澳大利亞Titomic公司聯手CSIRO(澳洲聯邦科學與工業(yè)研究組織)將冷噴涂技術應用到了制造領域，開發(fā)出了一種新型3D打印工藝—“動力熔融”(KineticFusion)。KineticFusion工藝是在封閉的腔室中進行，通過高熱氣體將金屬粉末加速到音速的1.5-3倍，再通過噴嘴從噴槍射出。這樣，粉末顆粒便會在目標表面相互撞擊，通過一種塑性變形過程，以機械水平牢固地結合到一起。其中，噴槍是由機械臂精確控制的，所以可以非常精確地按照既定的圖案噴射。

2018年9月，Titomic公司宣布與TAUV達成協(xié)議，使用Titomic的3D打印技術生產鈦合金的堅固型士兵無人機(UAVs)，將冷噴涂技術應用到鈦合金部件的3D打印中。

2021年3月，Titomic公司與土耳其機床工具工貿公司Repkon簽署協(xié)議，共同合資在澳大利亞建立新的3D打印生產設施，用于制造由Repkon設計并使用Titomic的KineticFusion(TKF)3D打印技術制造的武器發(fā)射管。新工廠將利用Repkon獨特的流成型能力和Titomic快速增材制造TKF工藝來生產高性能發(fā)射管。同年11月，Titomic公司宣布收購競爭對手——荷蘭的冷噴涂技術公司DycometEurope。此次交易加強了Titomic的全球影響力，集歐洲的新基地、澳大利亞總部和Titomic美國子公司為一體。通過DycometEurope為整個歐洲大陸帶來了健康的客戶訂單渠道，這筆交易還將為Titomic提供直接的收入來源。

△KineticFusion工藝原理圖

△Titomic的超大型冷噴涂金屬3D打印機，可以實現9mx3mx1.5m的金屬零部件

西工大李文亞教授綜述“冷噴涂+”復合增材制造技術

2019年5月，西北工業(yè)大學材料學院李文亞教授在焊接領域頂刊上發(fā)表綜述類論文“Coldspray+’asanewhybridadditivemanufacturingtechnology:aliteraturereview”，旨在討論并解決冷噴涂沉積體界面弱冶金結合以及塑性差的科學問題。由于冷噴涂固有的沉積特性，即每個顆粒經過劇烈的塑性變形沉積形成涂層，顆粒界面的結合，機械結合占主導地位，存在少量冶金結合，導致冷噴涂沉積體塑性差。針對這一科學問題，李文亞教授提出了“冷噴涂+”的概念，即冷噴涂復合后熱處理、激光、噴丸、攪拌摩擦加工、熱軋和熱等靜壓等加工制造技術來增強沉積體界面冶金結合，改善沉積體的強塑性；同時，冷噴涂涂層作為強化涂層，已用來提高攪拌摩擦焊、釬焊、熔焊接頭的強塑性，同時顯著提升被涂覆基體的疲勞壽命。

△冷噴涂能夠制備的材料種類及氣體溫度對沉積效率的影響

NRC和Polycontrol開啟冷噴涂增材制造研究設施

2019年7月加拿大國家研究委員會(NationalResearchCouncilofCanada)和總部位于魁北克的工程解決方案公司Polycontrol聯合建立一個研究機構，支持制造商和研究人員研究、采用和部署冷噴涂增材制造技術。該研究中心通過冷噴涂研究各種形式的表面處理，涂層和3D積累。他們還研究局部激光熱處理，原位機器人加工和表面處理等先進技術。

SPEE3D冷噴涂金屬3D打印機在軍隊應用火熱

2020年6月，澳大利亞陸軍對金屬3D打印機制造商SPEE3D的WarpSPEE3D增材制造(AM)系統(tǒng)進行了實地測試。同年8月，又進行了第二輪實地演習。陸軍部隊利用SPEE3D的專利冷噴3D打印技術，能夠以一種快速和具有成本效益的方式創(chuàng)建組件。事實證明，WARPSPEE3D系統(tǒng)能夠打印重量達40公斤的大型金屬部件，并且以每分鐘100克的速度進行打印，即使在37℃的溫度和80%的濕度下也能打印。

△澳大利亞陸軍正在準備操作WarpSPEE3D打印機

2021年7月8日，SPEE3D公司宣布獲得超過150萬澳元(約727.41萬人民幣)資金，用于冷噴涂金屬3D打印火箭發(fā)動機的低成本批量生產。WarpSPEE3D是SPEE3D的大幅面金屬3D打印機，與傳統(tǒng)制造相比，這款機器可顯著提高速度、成本效益和可擴展性。SPEE3D的處理速度也比傳統(tǒng)3D金屬打印快100到1000倍，成為將設計變成可用金屬零件的快速方法之一。

△WarpSPEE3D

2022年5月，SPEE3D的冷噴涂金屬3D打印技術被美國海軍選中參加代號為MaintenX演習，以驗證金屬3D打印技術在實戰(zhàn)中的能力，實現日常維護和解決供應鏈等問題。同時，還可以改善老舊船舶缺少配件的狀況，以及戰(zhàn)損修復。

△安裝在M113上的3D打印車輪軸承蓋。照片來自SPEE3D

德國ImpactInnovations新一代高速冷噴涂金屬3D打印機EvoCSII

2021年5月初，德國ImpactInnovations發(fā)布了最新的冷噴涂系統(tǒng)：ImpactEvoCSII。新設備使用冷噴涂增材制造(CSAM)工藝，由ImpactInnovations與AirborneEngineeringLtd.合作開發(fā)。能夠制造具有出色機械性能、大尺寸和特定幾何復雜性組件。新型ImpactEvoCSII最多可并行四個沖擊粉末給料器，非常適合批量生產。另外，機器也可以并行操作兩把沖擊式噴槍，進行雙面噴涂或僅用來提高容量。EvoCSII集成了多種傳感器、數據記錄以及更高級別控制系統(tǒng)，與以前的版本相比，可靠性得到了顯著提高。

△ImpactEvoCSII可以更好的進行現場監(jiān)控

美國空軍用冷噴涂技術維修現役飛機

2021年5月，位于美國埃爾斯沃思(Ellsworth)空軍基地的第28維修小組增材制造飛行隊對一架現役飛機進行了首次修復，并使用金屬冷噴涂(動能固結)技術修復了B-1B轟炸機機翼上方滑動接頭，實現機翼輪廓內的上下垂直運動。這是這項技術在2019年首次在美國空軍基地成功演示之后在現役飛機上的首次應用。在冷噴涂過程中，他們使用氦氣將粒子加速到3馬赫。通過撞擊，使6061鋁合金顆粒和基材結合。據悉，使用冷噴涂技術只需數小時或數天即可完成維修，這能夠使空軍能夠通過增材制造技術每年節(jié)省大約200萬美元(約1296萬人民幣)。

△美國空軍維護使用冷噴涂修理現役飛機

鄒宇教授綜述冷噴涂增材制造中金屬粉末的組織演變和結合特征

2021年11月，加拿大多倫多大學鄒宇教授的AMR發(fā)表述評文章“ColdSprayAdditiveManufacturing：MicrostructureEvolutionandBondingFeatures”，該綜述著重討論冷噴涂過程中四種常見金屬(銅，鎳，鋁，鈦)的微觀組織演變，并總結整理了大量的組織特征，其中包括冷噴涂銅中的再結晶晶粒、退火孿晶、剪切帶、亞微米晶粒、變形孿晶和納米晶粒，冷噴涂鎳中的動態(tài)再結晶，和冷噴涂鋁中的形成的尺寸小于10nm的晶粒。文章還介紹了冷噴涂材料的后處理熱處理和納米壓痕表征。最后，作者提出了借鑒舊經驗，利用機器學習、納米力學測試、高熵合金等新興技術和材料，推進冷噴涂增材制造研究。

△未經處理的冷噴涂銅材料的EBSD表征(冷噴涂條件：氣體溫度473K，氣壓30bar)：(a)IPF圖像，(b)IQ圖像，(c)KAM圖像，(d)孿晶面邊界圖像。

西北工業(yè)大學探索冷噴涂固態(tài)增材制造高熵合金組織演變

2022年2月，西北工業(yè)大學凝固技術國家重點實驗室李文亞教授等人使用冷噴涂技術，將微米尺度的FeCoNiCrMn顆粒以800m/s以上的速度噴射至基板上，利用高速撞擊，引起了應變率高達108~109s-1的絕熱塑性變形過程，并對HEA的劇烈塑性變形過程進行了研究。該研究豐富了學界對FeCoNiCrMn高熵合金大應變率極端塑性變形下微觀組織及成分演變規(guī)律了解，為未來使用劇烈塑性變形條件進一步優(yōu)化FeCoNiCrMn高熵合金微觀組織，提高力學性能提供了重要依據。

△冷噴涂FeCoNiCrMn高熵合金沉積體顯微組織分析

冷噴涂專利申請情況分析

自1990年蘇聯科學院提出了冷噴涂的概念到2000年前，冷噴涂技術研究一直處于萌芽階段，在該階段基礎研究較多，其他國家的科研機構和公司也相繼開始冷噴涂的技術跟蹤和科學研究，均取得了一定的成果，冷噴涂技術的專利申請也是增長較慢。

2001年，第一臺商用冷噴涂原型機由美國的Ktech公司推出，ABS工業(yè)有限公司也開發(fā)了自己的噴涂系統(tǒng)，冷噴涂技術由基礎研究階段開始向工業(yè)領域商業(yè)化過渡，其在各個領域得到了廣泛應用，這極大促進了冷噴涂技術的發(fā)展，因此，相應專利申請也迅速增長。

△冷噴涂技術全球專利申請量和中國專利申請量隨時間變化（單位：件）

近年來，隨著新的冷噴涂技術發(fā)展、更加實用的冷噴涂設備被開發(fā)、不同學科交叉研究，冷噴涂技術得到進一步的發(fā)展，其專利申請量也在穩(wěn)步發(fā)展。國內冷噴涂技術在2010年之前發(fā)展較為緩慢，在2011年之后維持穩(wěn)步增長的水平。

通過對比各國冷噴涂技術的專利申請情況發(fā)現，日本的專利申請數量占比最高，其主要原因在于日本是冷噴涂技術研究較早的國家之一，且早在2003年，其對軍備、航空、航海的零件嘗試用冷噴涂工藝來修復，并取得了一定程度的成功。中國的專利申請量位居第二名，一些高校和科研院所都在早期就進行了相關的科學研究，例如西安交通大學、大連理工大學、中科院所等，但是主要技術在科研機構，例如西安交通大學在1995年率先研制了超聲速火焰噴涂系統(tǒng)，后續(xù)也取得了大量的研究成果，同時研制的高性能涂層技術已廣泛應用各個領域。美國的專利申請量位居第三名，其較早研制了氣體動力噴涂的基礎裝置和工業(yè)化的計算機系統(tǒng)的氣體動力噴涂設備，相應的科研機構較早就開始噴涂技術優(yōu)化的研究工作。

△冷噴涂技術專利申請人的國別/地區(qū)分布

德國、韓國、俄羅斯的專利申請量也占據一定的比例，俄羅斯ITAM冷噴涂裝置是最早研發(fā)并投入實際生產的，目前已研發(fā)了一系列的冷噴涂裝置；德國CGT-Kinetics系列冷噴涂裝置是在俄羅斯生產的裝置基礎上進行研發(fā)的裝置，其最大的優(yōu)點就是操作更加簡便，涂層質量得到了明顯的提高；俄羅斯奧布寧斯克粉末噴涂中心等成功研發(fā)了低壓冷噴涂裝置，其設備趨于小型化，操作安全適用于現場操作。

△冷噴涂技術專利重點申請人分析

冷噴涂3D打印技術的發(fā)展方向

材料多樣化

冷噴涂系統(tǒng)主要分為高壓和低壓兩種形式，高壓冷噴涂可以提供更高的噴涂壓力（1.5～5.0MPa）和噴涂溫度（最高1100℃），有更大的材料選擇范圍，噴涂氣體使用氦氣或氮氣。低壓冷噴涂使用的氣體壓力在0.8MPa以下，顆粒加速效果較差，材料選擇范圍也有所限制。冷噴涂粉末類型涵蓋金屬、陶瓷、高分子及復合粉末。對金屬粉末的冷噴涂研究是最早開始的，主要以銅、鋁、鈦、鎂、鋅、錫、鉭、鐵基、鎳基、鈦基、鎂基、鋅基合金等穩(wěn)態(tài)材料為主，目前朝著非晶、準晶和高熵合金等亞穩(wěn)態(tài)材料方向發(fā)展。高分子粉末由于密度小，通常使用低壓冷噴涂完成高分子材料沉積，冷噴涂使用的高分子材料主要有聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、氟乙烯丙烯（FEP）和聚酰胺12（PA12）。冷噴陶瓷粉末在普通冷噴涂下難以實現有效沉積，大都通過真空冷噴涂實現，如羥基磷灰石、TiN、TiO2等多以金屬/陶瓷復合粉末的形式使用。金屬/陶瓷復合粉末主要有Al‒Al2O3、Al‒SiC、Al‒Diamond、Ni‒Al2O3、Cu‒Al2O3、Ni‒WC和Co‒WC。同時，基體材料的多樣化也進一步拓展了冷噴涂技術的應用，從金屬‒金屬體系發(fā)展到高分子‒金屬、陶瓷‒金屬等多種體系。

技術復合化

隨著材料體系多樣化的發(fā)展，原有的工藝條件不能滿足特殊材料的沉積要求，因此，復合型冷噴涂技術的開發(fā)成目前的研究重點。西安交通大學焊接與涂層研究所開發(fā)了微鍛輔助冷噴涂技術，在5～50μm的金屬粉末中添加150～200μm左右的原位噴丸顆粒，噴丸顆粒在噴涂過程中對已沉積的涂層進行微鍛造，通過夯實作用增強顆粒與顆粒之間的結合，提高涂層相對密度。微鍛輔助冷噴涂技術在硬度高、塑性差的金屬涂層制備中具有獨特優(yōu)勢。劍橋大學和浙江工業(yè)大學激光加工技術工程研究中心開發(fā)了激光輔助冷噴涂技術，在冷噴涂沉積過程中引入激光輻照加熱技術，通過調節(jié)機械手將激光斑點和噴涂束匯聚到一起，在顆粒沉積到基體之前二次預熱顆粒，使顆粒的溫度達到熔點附近。900℃激光輔助冷噴涂與正常冷噴涂相比，單道涂層厚度從869.5μm增加到1153μm，涂層中的WC體積分數從23.98%提高到29.35%。激光輔助冷噴涂技術通過二次預熱提高了低塑性金屬顆粒的塑性變形能力，有利于低塑性金屬材料的涂層制備。下圖所示為微鍛輔助和激光輔助冷噴涂技術原理圖。

原位微鍛輔助冷噴涂沉積示意圖（a）和超音速激光沉積技術原理圖（b）

應用高端化

冷噴涂技術產業(yè)化應用一直是困擾學術界的問題，由于冷噴涂技術還存在著結合強度不理想、沉積層脆性、耗氣量高等問題，限制其在工業(yè)領域的大規(guī)模推廣。目前，冷噴涂技術一般以軍事、航天裝備應用為主，美國埃爾斯沃斯空軍基地利用氦氣冷噴涂將6062鋁合金粉末噴涂在2024鋁合金表面，該技術應用于B-1B戰(zhàn)略轟炸機緊固件孔埋頭孔維修。美國廷克空軍基地通過氦氣冷噴涂將6061鋁合金噴涂在AZ92A鎂合金表面，用于修復TF-33發(fā)動機后變速箱殼體。美國加州圣塔芭芭拉的Inovati公司利用冷噴涂技術進行軍用飛機零件的現場修復工作，極大縮短零件更換所需時間。美國moog公司利用冷噴涂技術對S-92Sump直升機進行修復處理，如下圖所示。冷噴涂技術商業(yè)化應用主要為旋轉靶材，如冷噴涂旋轉鈦鋁、鋅鋁、鋅錫、鈦、鉭、銀、銅、鎳鉻等，應用于半導體、平面顯示、磁存儲、玻璃鍍膜、裝飾鍍等領域。

△冷噴涂技術再制造前后對比：（a）修復前；（b）修復后

冷噴涂3D打印技術的應用前景

冷噴涂低溫高速的特性使其成為一種經濟、環(huán)保的表面處理技術，冷噴涂的優(yōu)點如涂層無氧化、顆�？苫厥盏仁瞧渌麌娡抗に囁�不能實現的，目前冷噴涂的材料已經從塑性較好的金屬材料擴展到納米材料，對于較難實現沉積的陶瓷材料等也會慢慢實現應用。

今后國內冷噴涂技術在以下研究方向仍有較大的進步空間：

新型冷噴涂設備與工藝的設計及優(yōu)化。其中噴槍是噴涂設備中最重要的裝置，改進和優(yōu)化噴槍的結構是提高噴涂層質量最經濟的方式，同時也可以制備更多材質的涂層。

冷噴涂過程的數值模擬。數值模擬可以更直觀地了解噴涂過程中各種參數對涂層質量的影響，并且可以將模擬結果與實驗結果進行比較，以優(yōu)化實驗方案并驗證已有的理論。

使用冷噴涂制備新型涂層。擴大噴涂粉末的范圍、提高噴涂粉末的沉積效率、提高涂層顆粒之間的結合力都是制備新型涂層的保證。國內雖然對此有一定的研究但是對各種耐熱、隔熱、醫(yī)療、輕量化等功能涂層開發(fā)仍然較少。

冷噴涂的前、后處理工藝。噴涂前對基體粉末的前處理和噴涂后對涂層的后處理對最終得到的涂層質量有很大的影響。冷噴涂涂層塑性差，在合適的處理工藝下制備強度高、塑性好的涂層仍比較困難。

工業(yè)部件的修復與增材制造。目前國內外已實現冷噴涂制造零件的報道，冷噴涂還可以應用于零件的快速修復，有望實現對多種類型損傷的修復，如裂紋、磨損等。

參考閱讀：

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6.   GE也玩冷噴涂金屬3D打�。弘p機械臂控制+機器學習，更靈活強大-南極熊3D打印網-平臺(nanjixiong.com)

7.   基于冷噴涂的全新金屬3D打印工藝：速度提高100倍，成型尺寸近10米-南極熊3D打印網-平臺(nanjixiong.com)

8.   冷噴涂技術，Titomic&TAUV推出澳大利亞首款金屬3D打印無人機-南極熊3D打印網-平臺(nanjixiong.com)

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10.冷噴涂金屬3D打印武器組件!TITOMIC與REPKON合作-南極熊3D打印網-平臺(nanjixiong.com)

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