莱斯大学的一个学生团队开发了一种冷喷涂金属3D打印设备，该设备依靠压力和速度而不是温度来制造金属部件。他们的工作可以帮助扩大金属增材制造技术的范围，降低成本并提高制造或修复一次性复杂金属零件的质量。

AeroForge团队成员EliCase、JuliannaDickman、GarrettFrench、GalioGuo、DouglasHebda、GrantSamara、DavisThames和AashaZinke使用该设备成功沉积了铜，展示了其原型的可行性和潜力。该项目于4月11日在Ion举行的年度HuffOEDK工程设计展示会上荣获Capstone工程卓越奖和威利革命杰出创新奖第一名。

“我们非常兴奋，也非常放心，”迪克曼说。“我们在Oshman工程设计厨房度过了很多个深夜，我们的工作得到认可，感觉非常值得，”

郭说，当球队没有获得类别奖项时，他认为他们不会赢得任何东西。

“然后我们获得了第一个奖，我真的很高兴，当我们获得第二个奖时，我真的非常非常高兴，”郭说。

AeroForge团队的项目还获得了今年的HershelM.Rich发明奖，该奖项颁发给莱斯工程系的学生或教职员工，以表彰其“原创发明开发”。

“传统金属3D打印机通常使用激光将金属粉末熔化成特定形状，但熔化确实会影响产品的性能，”Zinke说。“冷喷涂技术已用于涂层，它使用速度而不是热量，基本上加速金属颗粒，使其粘附在基材上并变形。我们设计的系统旨在通过3D打印能力实现这一目标”。

该设备的应用包括制造和修复具有复杂结构的金属部件，例如工业装配线或车辆或飞机中使用的部件。汽车、石油和天然气以及国防等依赖金属部件的行业可能会因供应链中断而蒙受重大损失，因此该团队希望其设备能够提供一种可行的、低成本的替代方案来制造或维修零件要求。

Thames在高级设计课程开始前大约一年首次向队友提出了该项目的想法，他解释了使用冷喷涂金属3D打印机相对于焊接的优势。

泰晤士说：“通常，在修复时，只能在重塑金属零件时去除材料。”“但是通过这个过程，你可以添加材料，然后将其加工回来。例如，通过焊接，不同的熔化温度可能会导致材料性能不均匀。我们的设备不存在这个问题。”

该装置由向系统供给高压氮气的储气罐组成;调节阀门并监测压力和温度的控制装置;将气体加热至450摄氏度(842华氏度)的压力容器;送粉器，设计用于以精确的速率将金属粉末分配到喷嘴中;和一个定制喷嘴。

迪克曼解释说，虽然气体确实被加热，但“它仍然是一个冷喷涂系统，因为当气体在喷嘴中遇到粉末时，它会从喷嘴中膨胀出来并很快冷却。”

“颗粒永远不会熔化;它们实际上永远不会看到温度——温度只会增加气体的速度，从而将动量传递给金属粉末，然后金属粉末可以加速到我们的基材并粘附，”迪克曼说。

该团队的大部分工作都集中在降低成本上，因为大多数金属3D打印机的成本可能超过100万美元。AeroForge团队的设备成本不到5,000美元。

萨马拉说：“我们的一大创新是使系统变得更加便宜。”“我们的很多零件都是在内部加工的，例如压力容器，因为这可能是一件非常危险的事情。其他零件，比如喷嘴，是专有的，所以你在其他地方找不到。喷嘴是这是一个非常难以制造的部件;我们必须开发新的工艺来制造它。”

吸入金属粉末是危险的，工作加压气体也增加了另一层安全考虑。该团队与莱斯大学的环境健康和安全部门合作，确保其在测试过程中遵守所有准则。安全规范之一是系统运行时任何人不得进入房间。为了确保安全，该团队实施了复杂的监控系统和由三部分组成的数据记录系统。

“我们实施了大量的安全检查，”郭说。“例如，有一个特定的层次结构，您可以在其中实际打开开关。我们通过无线方式与设备通信，因此我们进行了大量的代码迭代以确保其有效工作。”

负责喷嘴和加热器设计以及软件的凯斯表示，对他来说，该项目的主要收获之一是让不同专业领域的人一起工作的重要性;另一个要点是在项目时间表中为意外事件留出更多空间是多么重要。Hebda证实，对于该团队来说，“他们正在全力以赴地试图修复那些行不通的设计”。

“不可避免的是，一切都需要比你想象的时间多一倍的时间，”赫布达说，并补充说，顶点设计项目的工作使课堂知识变得生动起来。

赫布达说：“你可能正在上一门关于应力分析的工程课程，并想，‘我不会很快建造一座桥梁。’”但随后你正在对压力容器的拉杆进行应力分析，并看到它非常真实并从中获得真实的扭矩规格。当你去修理你的车时，书上会告诉你如何拧紧螺栓。现在我们就是这本书——我们正在提出这些价值观是什么。因此，这样做并对这些答案充满信心真的很酷。”

French在辅修工程设计时拥有丰富的硬件设计实践经验，他强调“这个团队非常积极——这是一个精心挑选的团队，而且这也是一个学生发起的项目。”

“我们都是签署了一个特别艰巨的项目的人，”弗兰奇说。