冷喷涂：动力学金属化过程
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最近一段时间关于冷喷涂的新闻不胜枚举，该技术已从传统的涂层制造、零件修复过度到3D打印领域，这意味着在直接制造大型零件方面又多了一种成型方式。本期笔者借用动画描述冷喷涂的动力学过程以及在直接制造大型零件方面的潜力。
沉积过程
冷喷涂是采用压缩空气将金属粒子加速到临界速度（超音速）撞击基体表面后发生物理形变，牢固附着在基体表面。
粒子加速喷射
粒子撞击粘附过程
这个过程看起来很神奇，粒子在与基体接触的瞬间产生了剧烈的塑性变形，接触面积增大，加上撞击速度快、作用时间短，产生的热量来不及散失，温度的升高使粒子和基体部分熔化，形成局部冶金结合。
但这只是一种理论，关于其沉积机制还有机械咬合机制和分子力结合机制两种理论，感兴趣的读者可自行查阅资料。
用于3D打印
自从3D打印兴起，传统领域能往增材制造方面发展的技术纷纷向这个方向靠拢，这也拓宽了增材制造的工艺范畴，诞生了很多新的制造手段，冷喷涂便是其中之一。
冷喷涂制作大型航空件
如今GE 和澳大利亚Titomic等公司都已利用该技术进行大型零件的直接制造，其速度比激光沉积和送丝电子束熔化都要快出很多。（沉积速度：电子束沉积 9.07公斤/小时；激光沉积2.9公斤/小时，冷喷涂45公斤/小时）
低粉末规格要求
通常激光打印用粉的质量要求较高，如粉末流动性、球形度要好，不能有卫星球、空心粉等，加上雾化效率低，导致激光打印用粉的价格很高。冷喷涂对于粉末的要求主要在于直径，要求粒子大小必须在1-50μm范围内，直径越小越容易获得和气流一样的速度。因此说来冷喷涂对粉末的要求要更低一些，当然lens技术对粉末的要求也比SLM用粉要求低。
目前，Titomic公司已经可以使用低规格的钛粉生产9 x 3 x 1.5m的零件。
低残余应力
冷喷涂可以实现低温状态下的金属沉积，残余应力很小，零件不会弯曲，这与lens技术可以形成较大差别。
低氧化 高性能
在冷喷涂过程中，由于喷涂温度较低，发生相变的驱动力小，固体粒子晶粒不易长大，氧化现象很难发生，可以提供高密度、高硬度、高强度的冷加工微结构。但由于当前的研究较少，尚不能给出与激光打印零件的明确性能对比。
激光辅助冷喷涂技术
单纯冷喷涂技术无法沉积高硬度材料，这极大地限制了冷喷涂的应用范围，为了解决该问题，激光技术被引入冷喷涂沉积过程中。
激光辅助冷喷涂过程
喷涂过程中激光对基体进行同步加热，软化喷涂颗粒与基板，这不仅能使高硬度材料实现有效沉积，还能提高沉积效率、致密度和结合强度等，拓宽冷喷涂沉积材料的选择范围。该技术在国内已有研究，称之为“超音速冷喷涂+激光技术”。
其他
由于冷喷涂技术应用于增材制造时间有限，预计该技术会获得越来越多的研究和发展。冷喷涂虽看起来具有比lens较多的优点，但由于成型方式的不同，性能方面可能也存在很大差异。而且常用于冷喷涂颗粒加速的氦气，成本很高，技术的使用还是会综合考虑各方面因素。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：冷喷涂：动力学金属化过程