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

2025年6月16日，南極熊獲悉，美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校（UMass Amherst）的研究團隊與麻省理工學院（MIT）機械工程系合作，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，旨在評估這項技術(shù)作為一種比傳統(tǒng)修復(fù)方法更快捷、更經(jīng)濟、且破壞性更小的替代方案的可行性。

△馬薩諸塞大學阿默斯特分校和麻省理工學院機械工程系研究團隊成員

UMass Amherst土木與環(huán)境工程系副教授Simos Gerasimidis表示：“隨著這一概念驗證修復(fù)的完成，我們已經(jīng)找到了實現(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。當然，仍需進一步研發(fā)，但這對我們來說是一個重要的里程碑�！�

這個試點項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。項目所需的關(guān)鍵設(shè)備由馬薩諸塞州制造業(yè)創(chuàng)新計劃提供，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

根據(jù)《2025年美國基礎(chǔ)設(shè)施報告卡》，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)計成本將超過1900億美元，遠超目前的資金水平。

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)針對特定位置進行維修測試

冷噴涂技術(shù)的一個主要優(yōu)勢在于對交通影響的最小化。Gerasimidis解釋道：“每次維修橋梁時，交通必須中斷，并實施長時間的交通管制。這允許我們在橋上進行技術(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，研究團隊集成了3D激光雷達掃描技術(shù)。與主觀且耗時的視覺檢查不同，激光雷達能創(chuàng)建高分辨率的數(shù)字模型，精確地定位腐蝕區(qū)域。這使得團隊能夠制定有針對性的修復(fù)計劃，并僅在必要部位鋪設(shè)材料，從而減少浪費并可能延長橋梁的使用壽命。

將進一步測試冷噴涂的修復(fù)能力

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

麻省理工學院機械工程系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、維修和維護等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的起始階段�！�