冷喷涂沉积金属3D 打印喷涂参数对表面质量影响研究

许中明，杨 亘，王鸿博

（顺德职业技术学院 智能制造学院，广东 佛山 528333）

冷喷涂沉积金属3D 打印技术起源自冷喷涂技术（Cold Gas Dynamic Spray）［1］，其成型时金属粉末颗粒温度低，喷涂全过程颗粒保持固态，因此该技术具有工件材料的化学成分和组织与颗粒原材料一致、结构致密、孔隙率低、成型速度快等突出优点，避免出现常用金属3D 打印技术例如选区激光烧结/熔化技术、直接金属粉末激光烧结、电子束选区熔化技术等在成型时容易产生残留应力并导致工件变形甚至开裂等问题［2］，因此受到各国研究人员的重视，成为金属3D 打印技术中最具前景的发展方向之一［3-4］，2017 年澳大利亚SPEE3D 公司的Kennedy和Camilleri 率先开发出基于冷喷涂技术的金属3D 打印机。目前冷喷涂沉积金属3D 打印研究尚处在前期，打印出来的工件还比较粗糙，需对冷喷涂的机理和相关参数的影响进行深入研究［4-6］，以提高打印的精度和表面质量。基于此，本文研究冷喷涂沉积金属3D 打印成型时截面轮廓的计算方法及喷涂参数对成型表面质量的影响。

1 冷喷涂沉积成型截面轮廓计算模型

1.1 冷喷涂沉积成型的特点与计算模型

冷喷涂沉积金属3D 打印技术是根据气体动力学理论开发的一种新型增材制造技术，它是将高压气体如氦气、氮气、空气或它们之间的混合气体直接输入或经过加热后输入拉瓦尔喷管型打印喷嘴，经拉瓦尔喷管加速后形成超音速气流，驱动温度不超过600 ℃的金属粉末颗粒以极高的速度碰撞到成型基板，使金属粉末颗粒产生强烈的塑性变形，从而沉积在基板表面逐渐形成所需工件，如图1 所示。……