導(dǎo)讀：2021年9月17日，總部位于德國的工業(yè)冷噴增材制造（CSAM）系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者Impact Innovations與英國的推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)商AirborneEngineering（AEL）展開合作，驗(yàn)證了通過CSAM技術(shù)制造推進(jìn)系統(tǒng)部件的思路。

雙方合作設(shè)計(jì)了一個(gè)燃燒室演示模型，以測(cè)試3D打印的進(jìn)氣歧管（發(fā)動(dòng)機(jī)向氣缸供應(yīng)燃料的部分），并展示了CSAM工藝對(duì)比其他增材制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

△通過CSAM制造的燃燒室進(jìn)氣歧管的演示樣品。圖片來自Impact Innovations

冷噴3D打印

CSAM是一種材料沉積工藝，涉及使用超音速氣體噴射加速固體粉末顆粒。顆粒以四倍于音速的速度通過噴嘴發(fā)射到基材上，從而使它們表現(xiàn)得像液體，并冷卻，與基材形成原子級(jí)冶金結(jié)合。

這項(xiàng)工藝與基于激光、電子束和線弧的3D打印工藝不同，因?yàn)樗恍枰邷亍Ｒ虼?，這意味著在打印過程中不需要保護(hù)氣氛，消除了熱殘余應(yīng)力對(duì)打印部件的影響。

△冷噴3D打印工藝（CSAM）

在過去的幾年里，冷噴3D打印工藝也被探索用于制造電動(dòng)馬達(dá)的高性能磁鐵，并且已經(jīng)有多項(xiàng)舉措來推進(jìn)CSAM的進(jìn)一步研究和應(yīng)用，該技術(shù)的應(yīng)用材料范圍也得到了不斷開發(fā)。

△目前正在Impact Innovation的工廠里通過CSAM工藝進(jìn)行制造全尺寸的燃燒室。圖片來自Impact Innovations

CSAM應(yīng)用于燃燒室制造

然而，正如Impact Innovations所指出的，PBF三維打印在燃燒室制造方面確實(shí)面臨著挑戰(zhàn)，即有限的構(gòu)建包絡(luò)和金屬及合金的加工，此外還有高的表面粗糙度，特別是在冷卻通道內(nèi)壁，這會(huì)降低部件內(nèi)的冷卻效率。

Impact Innovations正在尋求用其CSAM技術(shù)來解決這些限制，并求助于AEL來驗(yàn)證制造燃燒室部件的工藝。在Impact Innovations的指導(dǎo)下，AEL設(shè)計(jì)了一個(gè)燃燒室演示器，適用于測(cè)試CSAM打印的進(jìn)氣歧管，該歧管由高強(qiáng)度銅合金制成的再生冷卻襯墊和英科耐爾外護(hù)套組成。

這兩家合作伙伴通過CSAM制造了一個(gè)進(jìn)氣歧管部件的演示樣品，他們聲稱這證明了該工藝完全適用于制造燃燒室，與其他3D打印技術(shù)相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。

CSAM相對(duì)于其他AM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

該工藝還為零件提供了可忽略不計(jì)的熱應(yīng)力，同時(shí)解決了零件冷卻通道的表面粗糙度問題。此外，粉末只需要用于沉積材料，與需要填充整個(gè)構(gòu)建體積的PBF工藝相比，這點(diǎn)就顯得彌足珍貴了。

制造內(nèi)燃機(jī)歧管冷卻通道的演示樣品是為了確定該部件的銅合金和英科鎳合金的機(jī)械性能。CSAM工藝對(duì)銅合金的沉積速度為每小時(shí)10公斤，對(duì)鉻鎳鐵合金的沉積速度為每小時(shí)6.7公斤，據(jù)說這比相對(duì)的PBF 3D打印工藝快20多倍。