橋梁維護是一項必不可少但耗費人力的工作，尤其考慮到鋼材等材料易受腐蝕的影響。根據(jù)《2025年美國基礎(chǔ)設(shè)施報告》，美國僅有49%的橋梁狀況“尚可”，6.8%的橋梁被歸類為“較差”。修復這些老化橋梁的預計成本超過1910億美元。然而，采用創(chuàng)新的修復技術(shù)可以顯著降低這一成本。馬薩諸塞大學阿默斯特分校（UMASS）的一個研究團隊正在與麻省理工學院（MIT）機械工程系合作，研究冷噴涂3D打印（CSAM）技術(shù)，將其作為應對這一全國性挑戰(zhàn)的有前景的解決方案。

腐蝕是造成鋼材老化的主要原因，會嚴重損害基礎(chǔ)設(shè)施的完整性。在農(nóng)村或偏遠地區(qū)，老化情況會迅速惡化，常常導致道路封閉和通行受限。此外，缺乏有效的方法來早期發(fā)現(xiàn)腐蝕并準確評估其影響，使問題更加嚴重。此外，許多地區(qū)還面臨財政限制，限制了他們及時進行日常維修和保養(yǎng)的能力。項目負責人之一、馬薩諸塞大學阿默斯特分校土木與環(huán)境工程副教授Simos Gerasimidis已經(jīng)研究橋梁老化約十年。Gerasimidis表示：“每次開車，你都會從腐蝕的橋下或橋上經(jīng)過。它們無處不在。我們無法繞過它們，而且它們的狀況通常會嚴重惡化。我們知道這些數(shù)字?！?/span>

馬薩諸塞大學的研究人員對該項目進行最后測試（圖片來源：馬薩諸塞大學）

馬薩諸塞大學阿默斯特分校的團隊正在通過其名為“3D打印和鋼結(jié)構(gòu)：修復創(chuàng)新”的項目來解決這個問題。這項工作包括測試冷噴涂修復橋梁的方法，以及開發(fā)3D激光雷達掃描方法來取代目測。通常，目測評估既耗時又主觀。借助3D激光雷達掃描方法，研究人員可以更準確地識別腐蝕情況并制定數(shù)字化修復計劃。這種方法還能讓他們識別出哪些區(qū)域必須進行修復，從而節(jié)省時間和材料。“通過結(jié)合掃描和精確的材料沉積，我們可以非常有針對性地進行修復，‘我們要在這里、這里和這里進行打印，這樣就能讓這座橋的使用壽命延長10年’，這意義重大?！盨imos Gerasimidis補充道。

冷噴涂3D打印的優(yōu)勢

在冷噴涂技術(shù)中，金屬粉末顆粒被高速噴射到表面。它們與部件的受損部位（例如橋梁的鋼梁）結(jié)合并覆蓋其表面。反復噴涂可形成多層涂層，從而恢復處理區(qū)域的厚度和其他結(jié)構(gòu)特性。該技術(shù)將通過實驗測試（拉伸試驗、疲勞試驗和其他腐蝕試驗）進行測試，以評估該技術(shù)在腐蝕環(huán)境中修復或保護鋼材的有效性。

CSAM已在飛機、輪船和潛艇等大型應用中得到有效應用。而橋梁則面臨一個獨特的問題：3D打印機必須運到現(xiàn)場。幸運的是，CSAM的維修工作不會對交通造成太大干擾。Gerasimidis解釋說，即使車輛在橋上行駛，也可以進行CSAM工作。

有希望的修復

馬薩諸塞大學團隊在馬薩諸塞州大巴靈頓對建于1949年的紅橋（原名棕橋）進行了測試性修復?！艾F(xiàn)在我們已經(jīng)完成了這項示范性修復，我們清楚地看到了一條通往更快、更便宜、更簡單、侵入性更小的解決方案的道路，”杰拉西米迪斯說?！皳?jù)我們所知，這是首例。當然，還有更多的研發(fā)工作要做，但這是重要的一步。”

幾年后，紅橋?qū)⒈徊鸪?。屆時，麻省大學的研究團隊將把噴涂粉末的鋼梁帶回實驗室進行測試。他們將測量現(xiàn)場鋼粉在結(jié)構(gòu)上的附著力，并與受控的實驗室環(huán)境進行比較。此外，研究團隊還將檢查噴涂后的腐蝕情況，并確定其機械強度特性。

編譯整理：3dnatives