维度网讯，美国东北大学（Northeastern University）材料科学家、冷喷雾研究组（Cold Spray Research Group）成员安德鲁·奈尔斯（Andrew Neils）与bluShift航空航天公司（bluShift Aerospace）合作，开发出一种将金属加工废料转化为增材制造原料的新方法。该研究利用固态粉碎技术，通过球磨工艺将316L不锈钢加工切屑制成金属粉末，并成功用于冷喷涂沉积概念验证，证明了废金属回收为增材制造原料的技术可行性。

奈尔斯在今年的RAPID+TCT展会上介绍了这一成果。他解释说，项目目标是实现分布式、低成本的粉末生产，同时避免热致相变，并通过固态加工提高能效。与传统基于化学合成的自下而上方法相比，这种自上而下的球磨工艺更快速、便宜且易于放大。奈尔斯强调，团队刻意选择了低技术、成熟的球磨方案，行星球磨机因其成本低廉（标准实验室设备约5000美元）且易于放大而被采用。

将废金属研磨成形态适合增材制造的粉末是一大挑战。研究团队结合大研磨球（用于高能冲击实现破碎和粒径减小）和小研磨球（用于低能冲击实现颗粒圆化和光滑）。奈尔斯指出，碰撞力在很大程度上取决于球径，将球径从6毫米增加到20毫米会使碰撞力增加约37倍。团队借助解析模型来帮助预测放大到大型设备时的冲击能量，这对于从行星球磨机过渡到搅拌球磨机等更大设备时的放大预测至关重要。

在具体实验中，团队采用多级球磨工艺：先用大球进行初始破碎，中球用于裂纹扩展，小球用于颗粒细化。与传统的单级球磨相比，这种两级和三级球磨方法实现了更窄的粒度分布、更好的形状控制和更高的颗粒圆度。研究人员以气雾化粉末作为对照，发现球磨时间是影响粉末质量的关键因素，更长的球磨时间能产生更小、更均匀的颗粒。虽然输出产物在特性上已接近市售粉末，但奈尔斯承认工艺尚未优化。此外，碳化钨球磨罐带来的污染导致不锈钢粉末中产生分散的碳化钨颗粒，但这可能成为制造金属基复合材料的一种潜在方法。

在冷喷涂概念验证中，气雾化粉末产生了最好的涂层质量，但三级球磨粉末也能形成可接受的涂层并具有良好颗粒互锁性。由于碳化钨的存在，复合涂层的硬度有所增加。该研究目前仍处于实验室或研发阶段，未来研究将探索该方法在更多材料和更大批量下的可行性。