2026年6月4日，来自苏格兰国家制造研究院(NMIS)的一个工程师团队展示了一种利用高压冷喷涂 (HPCS) 技术制造铜制火箭喷嘴的工艺流程。研究结果表明，这项技术有望成为一种比传统生产方法更快、更具规模化的替代方案，能够降低高性能航空航天部件的成本和交货周期，应用前景不仅限于航天领域，还将惠及其他工业领域。火箭燃烧室和喷嘴在极端条件下工作，温度远超结构材料本身的熔点。铜虽然非常适合用于热管理，但由于材料的反射特性和机械性能，使用传统增材制造技术加工铜却十分困难。标准的制造流程耗时且涉及多个步骤，无论是减材加工、粉末床熔融（尽管PBF技术发展迅速，但仍受限于成型体积）还是电镀，所有这些都会导致生产周期长达数月。
△NMIS工程师制造铜制火箭喷嘴。图片来自NMIS
解决长期问题的固态方案
为了克服这些限制，NMIS工程师开发了一种以HPCS（高性能铜沉积）为核心的混合工艺，无需熔化即可沉积固态铜。这降低了传统焊接和熔接方法带来的热变形和材料劣化风险。喷嘴结构通过逐层材料沉积构建而成，从而可以将内部冷却通道直接集成到结构中——这一特性对喷嘴性能至关重要，但难以通过其他生产工艺实现。这项技术沉积速率高达每小时 10 公斤，可将生产周期从数月缩短至数天，同时相比传统机械加工方式，还能减少材料浪费。NMIS
高级研发工程师 Ryan Devine
表示：“这项工作的真正价值在于展示了先进制造技术如何从实验阶段走向实际应用。通过将工程技术专长与高压冷喷涂等创新工艺相结合，我们正在帮助制造商重新思考复杂部件的设计、生产和维护方式。”
△NMIS铜制冷喷涂喷嘴。图片来自NMIS
更广泛的产业影响
尽管HPCS方法最初是为航天推进系统开发的，但它也适用于其他领域。能源、造船和航空航天等行业都可以从这种可扩展的铜结构生产工艺中受益，这些工艺对铜结构的耐久性和耐腐蚀性都有很高的要求。此外，这种方法也适用于现有部件的维修和再制造，从而减少材料消耗并延长设备使用寿命。
英国国家制造信息系统（NMIS）数字工厂高级技术专家卡勒姆·希克斯表示：“项目标志着先进制造技术应用于复杂火箭发动机部件方面的一个重要里程碑。铜制火箭喷嘴的研发使我们能够探索生产高性能热管理结构的新方法，从而缩短研发时间并提高生产效率。这项工作增强了英国在航天领域及其他领域的实力。”
铜制喷嘴尚未进行完整的火箭发动机测试，但这一案例表明采用HPCS技术可以生产具有复杂几何形状的大型铜制零件。这项技术能否在工业领域得到更广泛的应用，将取决于在实际运行条件下的性能表现，以及制造商如何权衡速度和成本优势与各自行业的资质要求。
冷喷涂在航天推进制造中的应用
冷喷涂增材制造（CSAM）已被公认为一种技术上可行的替代熔融工艺的方法，但工业规模的应用仍然有限。NMIS的铜火箭喷嘴项目旨在弥补这一差距。项目旨在证明，高性能冷喷涂（HPCS）能够支持大型、几何形状复杂的部件的完整生产流程，而不仅仅是精密维修或小规模原型制作。火箭喷嘴内部设有冷却通道，且采用铜材制造，是任何制造方法都面临的最具挑战性的测试案例之一，这也使得项目成果的应用范围超越了航天领域。
冷喷涂技术在推进系统领域展现出极佳的工业发展前景，正被越来越多地用于制造火箭发动机的铜合金燃烧室。Impact
Innovations与英国推进系统设计公司AirborneEngineering (AEL) 合作，展示了通过冷喷涂制造 (CSAM)
技术制造燃烧室部件的过程，成功生产出一个由再生冷却铜合金内衬和 Inconel 外壳组成的进气歧管。CSAM工艺的沉积速率比同类粉末床熔融
(PBF) 方法快 20 倍以上，同时消除了通常会限制PBF的热应力和表面粗糙度问题。
△采用CSAM技术制造的燃烧室进气歧管的演示样品。图片来自Impact Innovations公司
冷喷涂技术也已应用于机构航天项目中。ArianeGroup为欧洲航天局(ESA) 的普罗米修斯
(Prometheus) 发动机开发的全3D打印燃烧室——该燃烧室在 2020 年成功进行了 14 次点火测试——外壳采用了 CSAM
技术，并配备了低成本的铜合金冷却通道。这项验证工作是在欧洲航天局未来运载火箭预备计划 (Future Launchers Preparatory
Programme) 下进行的，标志着火箭发动机完全采用增材制造方法迈出了重要一步。
综上所述，这些发展表明冷喷涂技术正从实验性应用转向更明确的工业应用，它不是一种通用解决方案，而是传统方法无法满足的高性能部件的一种可行选择。
来源：南极熊
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