關(guān)于冷噴涂增材制造技術(shù)的優(yōu)缺點及應(yīng)用

如今，增材制造領(lǐng)域的技術(shù)種類非常多，盡管它們通�？梢詺w為七大類，但這也并非能夠涵蓋全部技術(shù)。以冷噴涂增材制造為例，它是使用高速氣體射流（速度高達音速的四倍）將粉末顆粒加速到距離基材大約25毫米的位置，這里的基材通常是金屬。冷噴涂可以在工件上形成涂層，也可以用來形成整個零件。該技術(shù)在1980年代由俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院理論與應(yīng)用力學(xué)研究所的研究人員開發(fā)出來，他們意識到可以在室溫下用氣流沉積固體顆粒。

就冷噴涂增材制造而言，這是一種使用高速氣流噴射堆積來成形整個零件（或修復(fù)破損或損壞的零件）的技術(shù)。它是通過噴嘴和機械臂完成的，機械臂要么移動基板，要么移動噴嘴本身，每種方法都有不同的優(yōu)點和局限性。但是使用這種方法有什么好處呢？又可以應(yīng)用到哪里呢？

△冷噴涂增材制造技術(shù)原理。圖片來源：VRC 金屬系統(tǒng)

冷噴涂增材制造的優(yōu)勢和局限性

一般來說，冷噴涂相對于熱噴涂的主要優(yōu)勢之一是：由于冷噴涂的溫度不會超過 800 度，它可用于對溫度敏感的材料（包括納米結(jié)構(gòu)）和對氧敏感的材料（如鈦和鋁，兩者其中氧化），因為顆粒不會熔化。此外，冷噴涂的生產(chǎn)時間短——比 SLM、EBM和LMD短，并且產(chǎn)品尺寸不受限制。此外，可以使用多種不同的金屬及其化合物進行冷噴涂。其中包括鋁、鎳、銅、鋼和鈦，以及貴金屬（銀、金和鉑）和耐火材料。此外，冷噴涂增材制造在修復(fù)腐蝕或損壞部件方面具有特殊優(yōu)勢，尤其是在航空航天工業(yè)中。

也就是說，冷噴涂技術(shù)的主要局限性在于零件幾何形狀、低密度和精度以及材料脆化。與其他3D 打印方法相比，該技術(shù)的選擇極其有限，只有少數(shù)制造商提供這種機器。此外，這些產(chǎn)品在制成后需要進行銑削，以使表面光滑并銳化邊緣以獲得優(yōu)化的形狀。

△使用冷噴涂增材制造制成的零件（圖片來源：Impact Innovations）

公司與應(yīng)用

SpEE3D公司是一家典型的提供冷噴涂增材制造的公司，它擁有獲得專利的“超音速顆粒沉積”技術(shù)，這比傳統(tǒng)金屬3D 打�。ɡ�如粘合劑噴射和 DMLS）技術(shù)要快上 1000 倍，由 WarpSPEE3D 3D 金屬打印機提供。據(jù)該公司稱，他們對這項技術(shù)的使用使他們成為唯一一家以類似于鑄造的成本提供零件的制造商，而且比 CNC 零件便宜得多。另一家知名制造商是 Impact Innovations，這是一家專注于冷噴涂解決方案的德國公司，能夠銷售冷噴涂系統(tǒng)，包括冷噴槍、送粉器、控制面板、水冷和粉末預(yù)熱器。VRC Metal Systems 也有自己的產(chǎn)品，包括移動式冷噴涂系統(tǒng)和幾個與 CNC集成的解決方案。而一些公司，例如瑞典的 Höganäs，則專注于該技術(shù)所需粉末的生產(chǎn)。

盡管考慮到現(xiàn)有的解決方案數(shù)量相對較少，冷噴涂技術(shù)可能看起來有點小眾，但它已經(jīng)被用于一些非常不可思議的領(lǐng)域中。例如，早在 2009 年，通用電氣就獲得了德國政府的撥款，資助他們研究改進現(xiàn)代噴氣發(fā)動機。他們首次使用這項技術(shù)是為了制造大型渦輪風(fēng)扇發(fā)動機（一種用于渦輪推進的噴氣發(fā)動機），從而節(jié)省了可觀的成本。該技術(shù)還可用于制造加強航空航天部件的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，以及用于火箭燃燒室和噴嘴。SPEE3D 就是這種情況，它已將其技術(shù)用于從火箭到軍事應(yīng)用的所有領(lǐng)域。