关于冷喷涂增材制造技术的优缺点及应用

如今，增材制造领域的技术种类非常多，尽管它们通常可以归为七大类，但这也并非能够涵盖全部技术。以冷喷涂增材制造为例，它是使用高速气体射流（速度高达音速的四倍）将粉末颗粒加速到距离基材大约25毫米的位置，这里的基材通常是金属。冷喷涂可以在工件上形成涂层，也可以用来形成整个零件。该技术在1980年代由俄罗斯科学院西伯利亚分院理论与应用力学研究所的研究人员开发出来，他们意识到可以在室温下用气流沉积固体颗粒。

就冷喷涂增材制造而言，这是一种使用高速气流喷射堆积来成形整个零件（或修复破损或损坏的零件）的技术。它是通过喷嘴和机械臂完成的，机械臂要么移动基板，要么移动喷嘴本身，每种方法都有不同的优点和局限性。但是使用这种方法有什么好处呢？又可以应用到哪里呢？

△冷喷涂增材制造技术原理。图片来源：VRC 金属系统

冷喷涂增材制造的优势和局限性

一般来说，冷喷涂相对于热喷涂的主要优势之一是：由于冷喷涂的温度不会超过 800 度，它可用于对温度敏感的材料（包括纳米结构）和对氧敏感的材料（如钛和铝，两者其中氧化），因为颗粒不会熔化。此外，冷喷涂的生产时间短——比 SLM、EBM和LMD短，并且产品尺寸不受限制。此外，可以使用多种不同的金属及其化合物进行冷喷涂。其中包括铝、镍、铜、钢和钛，以及贵金属（银、金和铂）和耐火材料。此外，冷喷涂增材制造在修复腐蚀或损坏部件方面具有特殊优势，尤其是在航空航天工业中。

也就是说，冷喷涂技术的主要局限性在于零件几何形状、低密度和精度以及材料脆化。与其他3D 打印方法相比，该技术的选择极其有限，只有少数制造商提供这种机器。此外，这些产品在制成后需要进行铣削，以使表面光滑并锐化边缘以获得优化的形状。

△使用冷喷涂增材制造制成的零件（图片来源：Impact Innovations）

公司与应用

SpEE3D公司是一家典型的提供冷喷涂增材制造的公司，它拥有获得专利的“超音速颗粒沉积”技术，这比传统金属3D 打印（例如粘合剂喷射和 DMLS）技术要快上 1000 倍，由 WarpSPEE3D 3D 金属打印机提供。据该公司称，他们对这项技术的使用使他们成为唯一一家以类似于铸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，这是一家专注于冷喷涂解决方案的德国公司，能够销售冷喷涂系统，包括冷喷枪、送粉器、控制面板、水冷和粉末预热器。VRC Metal Systems 也有自己的产品，包括移动式冷喷涂系统和几个与 CNC集成的解决方案。而一些公司，例如瑞典的 Höganäs，则专注于该技术所需粉末的生产。

尽管考虑到现有的解决方案数量相对较少，冷喷涂技术可能看起来有点小众，但它已经被用于一些非常不可思议的领域中。例如，早在 2009 年，通用电气就获得了德国政府的拨款，资助他们研究改进现代喷气发动机。他们首次使用这项技术是为了制造大型涡轮风扇发动机（一种用于涡轮推进的喷气发动机），从而节省了可观的成本。该技术还可用于制造加强航空航天部件的网格结构，以及用于火箭燃烧室和喷嘴。SPEE3D 就是这种情况，它已将其技术用于从火箭到军事应用的所有领域。