欧洲航天局推动基于冷喷技术的3D打印技术研发

本周，欧洲航天局（ESA）宣布，由爱尔兰都柏林Trinity College的工程团队将领导一项国际研究项目——开发用于航天部件的冷喷（cold spray）3D打印技术。这个项目为期四年，ESA将提供50万欧元的财政支持。

那些拥有工程背景的人可能对此不以为然：冷喷金属制造技术不是早就已经存在了吗？是的，苏联人早在20世纪80年代就已经开发出了冷喷制造技术，目前该技术早已被大型金属设备生产商（包括GE）和军队用于各种应用中，不过主要用于修复已损坏的金属物体。

简而言之，该技术主要以非常高的速度在目标区域周围喷射非常细的金属粉末，以此来构建零部件或修复损坏的部件。通常，这些组件大都是用低温低温合金制成的，比如铜、铝和锌等。因此，这种技术在许多方面与3D打印都不相同，尤其是温度。冷喷技术可以在室温下进行，它无需热量即可使材料成型，这意味着被操作的零部件不存在受到高温变形或损坏的危险。 

但是，光靠喷射速度就能让金属材料结合在一起，可想而知，这需要多高的速度。事实上，这些粉末的喷射速度是声速的两倍：每小时2472公里。在实际应用中，这些金属粒子中还会加入一些气体，比如氦气，它同样以这样的高速喷射。在Trinity College领导这个项目的Rocco Lupoi教授解释说，“当你把气体加速到超音速的时候，如果你把金属离子加入气流中，它也同样能够达到超音速。粒子的移动速度快到足以渗透物体的表面，并与其结合在一起。因此你可以在几秒钟内构建5毫米厚的材料，这个速度是其他技术的1000倍。”

生成速度超快是其最突出的特点，不过它还有其他的优点，比如不依靠有毒物质，因此不会造成大量的污染。Lupoi教授解释说，该技术浪费的原材料更少，也使得它更加环保。“传统的零部件加工通常要用一大块金属削减到你所需要的大小与形状。”Lupoi教授说。“而冷喷技术就像一个喷漆机，一层接一层地构建形状，不过这个过程通常会在几秒钟内完成。” 这意味着多种材料也可以很容易地组合在一起。

Trinity College的研发团队计划在未来四年中克服一些与该技术相关的常见问题，使之更加高效，并可用于航空航天零部件的制造。换句话说，就是把它改造成一种3D打印技术。Lupoi教授解释说，该技术目前尚达不到3D打印，尤其是与航空制造相关的，技术标准。

研发团队需要克服的技术问题包括精度、必要的功能部件成本高、可用金属材料的种类有限等。Lupoi说“这是欧洲航天局给予Trinity的最大的研究项目，我们将把冷喷技术带到一个新的水平，使它更便宜而又不损失性能。”

从目前来看，要达到降低成本的目标还是比较困难的，因为该技术的主要成本都用在喷射高速氦气上，降低成本势必要影响喷射速度。但如果喷射速度不够高，材料就难以粘合在一起。Lupoi补充说，“如果你想得到非常高的速度，你就需要用到氦气，因为它是一种很轻的气体。但氦的制造成本是非常贵的，这也是为什么这种工艺相对比较简单，但是成本却很高的原因。”

Rocco Lupoi教授（中）、Shaun McFadden博士（左）和Anthony Robinson博士

如今Lupoi教授的研究团队将包括Shaun McFadden博士和Anthony Robinson博士，此外还有一些来自欧洲航天局的科学家： David Jarvis教授、Wayne Voice博士和Andrea Amaldi。“这是一个具有挑战性的项目，但是其详细技术方案已经得到了欧洲航天局的认可，所以我们有信心在四年内解决所有这些问题。”

如果该研究获得成功的话，包括航空航天在内的诸多行业都能从中受益。Lupoi介绍说：“现代汽车发动机的一些零部件很难用传统的方法制造，所以企业往往不得不在设计上做出妥协。他们将会很容易从这种技术当中受益。”

文章来源：天工社