麻省理工和馬薩諸塞大學(xué)采用冷噴涂3D打印技術(shù)，推動(dòng)結(jié)構(gòu)老化橋梁修復(fù)新模式

2025年6月16日，南極熊獲悉，美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究團(tuán)隊(duì)與麻省理工學(xué)院（MIT）機(jī)械工程系合作，利用冷噴涂技術(shù)成功修復(fù)了建于1949年并位于大巴靈頓的老化“布朗橋”。這是該技術(shù)首次應(yīng)用于橋梁基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，旨在評估這項(xiàng)技術(shù)作為一種比傳統(tǒng)修復(fù)方法更快捷、更經(jīng)濟(jì)、且破壞性更小的替代方案的可行性。

△馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校和麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系研究團(tuán)隊(duì)成員

UMass Amherst土木與環(huán)境工程系副教授Simos Gerasimidis表示：“隨著這一概念驗(yàn)證修復(fù)的完成，我們已經(jīng)找到了實(shí)現(xiàn)更快、更便宜、更簡便且侵入性更小解決方案的清晰路徑。據(jù)我們所知，這在全球尚屬首例。當(dāng)然，仍需進(jìn)一步研發(fā)，但這對我們來說是一個(gè)重要的里程碑。”

這個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目還得到了馬薩諸塞州交通部（MassDOT）、馬薩諸塞州技術(shù)合作組織（MassTech）、美國交通部及聯(lián)邦公路管理局的協(xié)同支持。項(xiàng)目所需的關(guān)鍵設(shè)備由馬薩諸塞州制造業(yè)創(chuàng)新計(jì)劃提供，為此次技術(shù)演示的順利開展提供了有力保障。

△該工藝通過在壓縮氣體中加速鋼粉并進(jìn)行燒結(jié)，隨后技術(shù)人員利用噴涂器將鋼粉施加至梁表面。通過連續(xù)的噴涂操作，可構(gòu)建多層涂層，有效恢復(fù)梁的厚度及其它結(jié)構(gòu)特性

利用冷噴涂技術(shù)解決美國橋梁危機(jī)

根據(jù)《2025年美國基礎(chǔ)設(shè)施報(bào)告卡》，美國近半數(shù)的橋梁狀況被評為“尚可”，而6.8%的橋梁被歸類為“較差”。在馬薩諸塞州，5295座橋梁中有約9%存在結(jié)構(gòu)缺陷。修復(fù)這些基礎(chǔ)設(shè)施的預(yù)計(jì)成本將超過1900億美元，遠(yuǎn)超目前的資金水平。

冷噴涂技術(shù)涉及將金屬粉末顆粒以高速噴射到梁的表面。連續(xù)噴涂可累積形成更厚的涂層，有助于恢復(fù)梁的厚度和結(jié)構(gòu)完整性。盡管冷噴涂3D打印技術(shù)已成功應(yīng)用于潛艇、飛機(jī)和輪船等大型結(jié)構(gòu)的修復(fù)，但將它應(yīng)用于橋梁尚屬首次。

△采用冷噴涂技術(shù)針對特定位置進(jìn)行維修測試

冷噴涂技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢在于對交通影響的最小化。Gerasimidis解釋道：“每次維修橋梁時(shí)，交通必須中斷，并實(shí)施長時(shí)間的交通管制。這允許我們在橋上進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，而無需阻斷車輛通行。”

為了提高修復(fù)過程的精確性，研究團(tuán)隊(duì)集成了3D激光雷達(dá)掃描技術(shù)。與主觀且耗時(shí)的視覺檢查不同，激光雷達(dá)能創(chuàng)建高分辨率的數(shù)字模型，精確地定位腐蝕區(qū)域。這使得團(tuán)隊(duì)能夠制定有針對性的修復(fù)計(jì)劃，并僅在必要部位鋪設(shè)材料，從而減少浪費(fèi)并可能延長橋梁的使用壽命。

將進(jìn)一步測試?yán)鋰娡康男迯?fù)能力

這座橋預(yù)計(jì)在未來幾年內(nèi)將被拆除。在那時(shí)，研究人員計(jì)劃取回之前使用冷噴涂技術(shù)修復(fù)的部分進(jìn)行深入分析。他們旨在評估冷噴涂鋼在真實(shí)環(huán)境下的耐久性、抗腐蝕性能以及機(jī)械特性，并將這些實(shí)際表現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的測試結(jié)果進(jìn)行對比。

麻省理工學(xué)院機(jī)械工程系1922屆的教授John Hart評論道：“這次合作意義重大，我們正利用尖端技術(shù)來應(yīng)對聯(lián)邦乃至全美范圍內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施迫切需求。我相信，我們僅僅是在橋梁檢測、維修和維護(hù)等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的起始階段。”