關于冷噴涂增材制造技術的優(yōu)缺點及應用

如今，增材制造領域的技術種類非常多，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。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。該技術在1980年代由俄羅斯科學院西伯利亞分院理論與應用力學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（或修復破損或損壞的零件）的技術。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？又可以應用到哪里呢？

△冷噴涂增材制造技術原理。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（包括納米結構）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，這比傳統(tǒng)金屬3D 打?。ɡ缯澈蟿﹪娚浜?DMLS）技術要快上 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是為了制造大型渦輪風扇發(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。該技術還可用于制造加強航空航天部件的網(wǎng)格結構，以及用于火箭燃燒室和噴嘴。SPEE3D 就是這種情況，它已將其技術用于從火箭到軍事應用的所有領域。