GE零件修復的秘密武器：超音速冷噴技術讓零件重獲青春
幾年前，在紐約州北部的GE實驗室工作的科學家提出了一個很酷的想法來修理破損的零件。從字面上看，這種方法被稱為Cold Spray-“冷噴”，他們向飛機發動機葉片表面以超音速的速度從噴嘴中噴射微小的金屬顆粒，為葉片受損部位添加新材料而不改變其性能。
不僅低溫 還不受尺寸限制 根據GE全球研究中心涂層和表面實驗室經理Anteneh Kebbede，該技術可以制造厚達1英寸或更厚的全新部件。對于制造商來說，潛在的好處是巨大的。想象一下，用一把看起來像噴槍的工具，能夠將老化部分恢復到原來的狀態，這就像開啟了受損零件恢復青春的密碼。 GE工程師已經將該技術的使用推向了一個新的臺階，今年早些時候，GE航空子公司Avio Aero的工程師開始在意大利測試該技術。上個月，他們用它來修理了一個零件：噴氣發動機GE90的變速箱。
這個零件修復成為冷噴技術的一個應用里程碑。根據3D科學谷的市場研究冷噴涂是幾種增材制造方法之一，通過向添加材料而不是切割材料而實現零件的構建。
但即使在高科技增材制造技術分類中，冷噴涂也是一種罕見的技術。大多數金屬3D打印機使用激光來加熱粉末鈦和其他金屬，并將它們熔合成一層一層地構建新的部件。包括LENS 3D打印技術，這些技術適用于直接根據計算機文件構建新組件，但是加熱現有零部件會改變其晶體結構和機械性能，這需要對工藝和材料有著極高的控制能力，從而使得工藝的大規模商業化變得充滿挑戰。
對于像噴氣式飛機零件來說，這種零件往往需要在低于材料熔點的溫度下進行修復，冷噴技術正好滿足了這一需求。此外，對于那些大型結構件的制造，冷噴技術特別具有吸引力。而當前的LENS 3D打印技術由于受到設備尺寸的限制，制造大型的結構件十分困難。冷噴技術則有可能構件更大的部件，唯一的限制是可應用于金屬粉末區域的大小。
除了不需要焊接或機加工就能制造全新零件以外，冷噴技術令人興奮之處在于，它能夠將修復材料與零件融為一體，完美恢復零件原有的功能和屬性。這樣就能有效延長零件使用壽命幾年，甚至幾十年，最終為客戶創造了更大的價值。
在GE的Avio Aero，冷噴霧過程發生在一個步入式冰箱尺寸的金屬室內。腔室內裝有一個帶有超音速噴嘴的機器人手臂，可將小至5微米的金屬粉末顆粒噴射到零部件上。他們用如此大的能量撞擊表面，與零部件形成擴散結合。根據，實驗室的維修開發工程師Giulio Longo，在動力學的作用下，來自粉末充電槍的每一個金屬顆粒都會附著在零部件上進行重建用途。
與我們所熟知的3D打印的工作原理有所不同的是，3D打印是根據計算機建模文件構建零件，但冷噴涂機使用實際的噴氣發動機零件的數字掃描結果來準確地重建斷裂部分。
冷噴技術最早是俄羅斯上世紀80年代中期發明的，目前主要用于機械維修方面。在美國，該技術應用最多的是軍事領域，主要用于修復美軍的鎂合金直升機零件。但用的材料都是質地較軟、熔點較低的合金，比如銅、鋁、鋅等。對于GE的研發人員來說，要面臨的挑戰是如何利用這種技術結合3D打印生產高品質的高溫鎳鈦合金部件。GE開發的冷噴涂技術可用于構建3D形狀，抑或無損修復現有的金屬結構或價格昂貴的核心材料。
冷噴技術非常獨特地結合了材料、工藝和產品功能，預計在不久的將來，將會用于飛機部件如轉子、葉片、軸、螺旋槳、齒輪箱的維修和改造。由于冷噴不像常見的修復工藝如焊接那樣需要加熱，它可以將修復對象恢復到其最初的狀態。在GE公司的石油和天然氣業務部門，GE研究人員正在探索將冷噴作為一種替代技術用于涉及石油天然氣鉆探和透平機械的維修或上裝方面。
通用電氣公司研究人員的“冷噴（Cold Spray）”的増材制造技術用金屬粉末高速噴灑制造零件，或者對零件進行修復。冷噴技術已經成為GE日益擴大的増材制造技術方案的一部分。 GE技術總監Christine Furstoss認為這種工藝將在未來的20年內占到50％的應用。
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