麻省理工學院研究員開發出新的噴塗金屬塗層附著方式
近日，麻省理工學院的研究人員開發出了一種新的噴塗金屬塗層附著方式，這項研究可能對金屬3D列印產生重大影響。研究人員使用超快速相機觀察噴塗工藝，並發現金屬結合的理想條件。
噴射衝擊後的金屬表面，熔化形成的坑
通常認為熔化是一種粘結金屬的好方法，但最近麻省理工學院的研究人員的一個發現，使得一些普遍持肯定態度的科學信仰受到懷疑。他們的發現可能會對金屬3D列印產生重大影響。
這項令人興奮的研究成果得益於研究人員使用的高科技成像設備：這款高速攝像機採用16個獨立的電荷耦合器件（CCD）成像晶元，可在三納秒內捕獲圖像。
該光學套件主要由麻省理工學院博士後David Veysset開發，其設置速度很快，可以執行以前不可能完成的以超音速噴射單個粒子的任務。
相機每秒可以拍攝3億張照片，團隊將這一令人難以置信的技術用於拍攝金屬表面塗層的類似噴漆的工藝。
但是，這不僅僅是一個仔細研究的科學家已經了解的過程的例子。由於人們以前從來沒有能夠正確地觀察過這樣的噴霧過程，所以科學家們不得不根據結果而不是過程本身來估計粒子撞擊目標表面時究竟發生了什麼。有人認為金屬粒子撞擊表面時會熔化。
現在，隨著Veysset超級強大的光學設備，研究人員終於可以提供一些答案。他們發現在某些條件下，金屬顆粒確實會熔化表面。但是這實際上具有非常意想不到的連鎖效應：顆粒不粘附。
麻省理工學院的研究人員目睹了顆粒在較短的時間內反彈，而不是表面重新凝固，這意味著顆粒離開仍然是熔化的表面。
這是一個非常違反直覺的發現，但是可以完全重塑工程師對粘合的方式：目前，缺乏粘合常常通過提高噴塗速度或溫度來改善熔融。然而，這可能與他們應該做的事情完全相反。
粒子熔化和彈跳（上圖）;不熔化和粘附（下面）
然而，麻省理工學院的研究並不是一帆風順的，因為他們發現了一種改善結合力的方法，這是基於他們目睹的高速情況下產生的現象。
他們發現，當噴射撞擊顆粒和表面保持固體狀態但「飛濺」向外時，粘合效果最好。顆粒不是液體，但看起來像液體，這種「固體飛濺」是使金屬顆粒粘附的最佳方式。
隨著高速攝影機準備好進行更多的實驗，麻省理工學院的研究人員現在可以找到一種方法來誘導這種飛濺的正確條件，有可能導致更好的金屬3D列印過程和改進的金屬塗層技術。
當然，並非所有的金屬3D列印過程都以與噴塗相似的方式工作，在此期間，噴塗的顆粒撞擊表面。例如，SLM 3D印表機製造商可以放心，他們的機器工作得很好。
然而，研究人員發現確實有一些具體的應用，他們認為可以從這個新的發現中受益。他們認為，在這個高科技的觀察台的幫助下，改進的金屬塗層工藝可以讓工程師有效地塗覆發動機部件，以便它們可以重新使用磨損部件而不是將其丟棄。
麻省理工學院教授Christopher Schuh表示：「一台挖掘機的老式發動機，需要花費大量的金錢和時間來融化和重鑄它。但基於新的發現，你可以清理它，並使用噴霧過程來更新表面。」
就改進的金屬3D列印系統而言，需要一個金屬層有效地與下一個金屬層結合，Schuh認為新的方法只能幫助改善問題。
除Veysset和Schuh外，博士後Mostafa Hassani-Gangaraj和Keith Nelson教授也參與了此項研究工作。
據悉，該項研究項目的研究結果已於最近發表在「Scripta Materialia」和「物理評論快報」雜誌上。
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