Аддитивное производство холодным распылением ( CSAM ) (также называемое 3D-печатью холодным распылением ) — это особое применение холодного распыления , позволяющее изготавливать отдельно стоящие детали или создавать элементы на существующих компонентах. В ходе процесса мелкие частицы порошка ускоряются в высокоскоростном потоке сжатого газа и при ударе о подложку или опорную пластину деформируются и связываются вместе, образуя слой. Многократно перемещая сопло по подложке, слой за слоем образуется слой за слоем, образуя деталь или компонент. Если промышленный робот или манипулятор с компьютерным управлением управляет движениями распылителя, можно создавать сложные формы. Для достижения трехмерной формы существует два разных подхода. Сначала зафиксируйте подложку и переместите холодный распылитель/сопло с помощью роботизированной руки; второй — перемещать субстрат с помощью роботизированной руки и удерживать сопло распылителя неподвижным. Также существует возможность объединить эти два подхода либо с использованием двух роботизированных манипуляторов [1] , либо других манипуляторов. [2] Для этого процесса всегда требуется подложка, и в качестве сырья используется только порошок.
Этот метод отличается от селективного лазерного плавления или электронно-лучевого аддитивного производства или другого процесса аддитивного производства, в котором используется лазер или электронный луч для плавления исходных материалов.
Истоки процесса холодного распыления восходят к началу 20 века, когда он был разработан и запатентован Терстоном. [3]Этот процесс был дополнительно исследован в 1950-х годах Рошвиллем [4] [3] и был вновь открыт в 1980-х годах в Институте теоретической и прикладной механики Российской академии наук [5] и разработан как покрытие технологии. Этот процесс начал использоваться для аддитивного ремонта и изготовления конструкций произвольной формы, что можно рассматривать как аддитивное производство, в начале 21 века, когда на рынке была представлена первая коммерческая система холодного напыления. [6]
Аддитивное производство с использованием процесса холодного напыления и его преимущества можно рассматривать как процесс осаждения, позволяющий создавать детали и конструкции произвольной формы с высокой скоростью. Поскольку это процесс нанесения покрытия в твердом состоянии, во время процесса не происходит плавления исходного материала ( металлического порошка ), отсутствуют тепловые деформации и не требуется защитная атмосфера, что позволяет создавать структуры слой за слоем. Теоретически это позволяет производить без ограничений по размерам изготовление отдельных узлов или ремонт поврежденных узлов.
Самый большой 3D-принтер или машина для аддитивного производства, использующая холодное распыление, может создавать детали размером до 9 × 3 × 1,5 м. [7] В процессе холодного распыления ударяющиеся частицы создают слой, толщина которого может различаться в зависимости от скорости движения распылителя по подложке и скорости подачи исходного материала, создавая структуру слой за слоем.
При холодном напылении принцип процесса основан на пластической деформации частиц порошка исходного сырья, поэтому с помощью этого метода можно наносить в основном чистые металлы и сплавы, а также металлические стекла, композиты с металлической матрицей и в некоторых случаях полимеры. [4] Научно-исследовательская деятельность в последнее время сосредоточена на нескольких наиболее сложных материалах для авиационной, космической и оборонной промышленности, таких как алюминиевые сплавы , [8] суперсплавы на основе никеля , [9] [10] различные марки стали [11] [12 ] ] и титановые сплавы [13] [14]