如何使用冷喷涂3D打印技术修复零件

离枫丹白露（塞纳-马恩省）几公里远的EDF Les Renardières基地是一个致力于研发的小城镇。40个实验室的近700名研究人员正在为电力公司研究有前途的技术。这个倾向于多学科方法的创新熔炉已经被新的增材制造技术所充实。其目的是什么？评估它们作为修复工艺的潜力，以应对其庞大的装置库存的陈旧性。自2019年以来，金属部件制造和维修实验室（FRCM）的研究人员一直在研究一种鲜为人知的3D打印技术：冷粉或冷喷。

"这是一项非常有趣的技术，用于大型部件的修复--我们谈论的是重装，"EDF专门从事增材制造的研究工程师Thibaut de Terris解释说。它包括以非常高的速度将金属粉末投射到一个基底上。随着颗粒对表面的挤压，它们变形并粘附在上面。通过移动喷嘴，有可能形成材料层。"由于没有熔化金属，我们保持了材料的原始特性，我们不会产生热影响区，我们可以使用耐熔的材料，"EDF研发部的项目经理沈阳继续说道。

超音速投射

该原理利用气体--氮气或氦气--的膨胀特性，将其加热到100至1100℃之间，以加速其通过所谓的 "拉瓦尔 "喷嘴。这种沙漏状的喷嘴在火箭发动机的喷嘴中很常见，它能使受压气体达到超音速。氦气是膨胀最大的气体，有可能达到3马赫左右的速度。放在系统高压部分的粉末与气体一起被投射。

制造单元占据了冷喷装置的很大一部分。测量和控制设备以及粉末储存柜都位于外面。该装置配备了广泛的空气处理系统，内部矗立着一个大型六轴库卡机械臂。冷喷装置，看起来像一把枪，安装在手臂的末端。在细胞的一个角落，离机器人不远处，是添加粉末的系统。要 "重装 "的部件将被放在一个旋转板上。

改革而不是取代

制造区热闹非凡。研究人员很忙。FRCM实验室负责人Emmanuelle Schoener和冷喷装置负责人Thomas Girard正在为维修操作准备一个锥形部件。这是一个用于水力发电站的佩尔顿涡轮机喷嘴针，"沈阳解释说。它将水引向涡轮机，经常被水流中的固体元素损坏。

与其重新制作一个零件，不如选择冷喷工艺来重新制作受损的零件。感谢增材制造，我们可以将几种类型的材料叠加在一起，以改善零件的性能，"Emmanuelle Schoener评论道。由延展性材料制成的第一层已被喷上。对于最后几层，我们将以越来越大的比例使用碳化钛，以使该部件具有所需的强度。

精心策划的行动

一旦单元门关闭，机器人就会将喷嘴接近零件的表面。喷嘴开始在其底座上旋转。在屏幕上，显示枪内温度和压力的数字迅速上升。短暂的等待后，火药开始被弹出。在针的表面立即产生一束火花。"当钛以这种速度射出时，这是一种正常的反应，"Thomas Girard解释说。

机器人开始向上和向下移动以沉积材料。沈阳指出："为了使涂层均匀，喷嘴必须保持与表面的垂直度。机器人的动作必须非常精确，否则我们有可能造成材料隆起。针的锥形让人对挑战有一个很好的了解：机器人以平稳的运动跟随工件的曲线。花了整整一周的时间对机器人的路径进行编程。一旦到达两端，机器人会继续几秒钟，然后再返回去做新的一层。改变方向在冷喷中特别难以管理，"Thomas Girard解释说。机器人不能慢下来，否则就有可能产生缺陷。由于这个原因，轨迹的变化是在沉积区之外进行的。