CN108602084B - 旋转装置 - Google Patents

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Abstract

一些实施方式涉及用于在拉力下保持工件同时在工件上进行一个或多个操作的装置，该装置包含：框架；可旋转地连接到框架的第一主轴；构造成将第一主轴连接到工件第一端的第一联接器；可旋转地连接到框架的第二主轴；以及构造成将第二主轴连接到工件第二端的第二联接器；其中第一联接器与第二联接器之间的距离是可调节的，以便在拉力下将工件保持在联接器之间同时进行一个或多个操作，且其中工件能与联接器一起相对于框架围绕在联接器之间延伸的共同旋转轴线旋转。一些实施方式涉及包含用于控制工件旋转的控制器的系统。实施方式还涉及包括保持工件的同时在工件上进行一个或多个操作的工艺。所描述的工艺、系统和装置中的一些特别适用于冷喷涂精密工件例如3D打印的静态混合器。

Description

旋转装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月23日提交的2015905354号澳大利亚临时专利申请和2016年10月3日提交的2016903998号澳大利亚临时专利申请的优先权，它们的内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及用于在工件上进行一个或多个操作的同时保持工件的装置和系统，以及涉及在工件上进行一个或多个操作的同时保持工件的工艺。例如，本文所描述的实施方式可以特别适合于在冷喷涂工艺过程中保持脆弱、精密或易碎的工件。
背景
当对在操作进行过程中旋转的细长工件进行操作时，工件通常在受压下被安装或保持在例如车床等设备的两个点之间。工件可以在一端或两端被夹持到可旋转联接器(coupler)诸如卡盘，联接器将工件牢固地保持就位，同时允许(或在某些情况下驱动)工件与联接器一起旋转。
然而，在一些情况下，将工件保持就位所需的压缩力可能会使工件断裂、弯曲、变形或以其他方式损坏。
期望解决或改进与现有的用于保持工件的装置和系统相关的一个或多个缺点或缺陷，或者至少提供一个有用的替代方案。
在整个说明书中，词语“包含(comprise)”或变体“包括”或“含有”应被了解为暗示包含所述的元件、整数或步骤、或者元件组、整数组或步骤组，但并不排除任何其他元件、整数、步骤或者元件组、整数组或步骤组。
对本说明书中包含的文件、法案、材料、装置、文章等的任何讨论，不能视为等于认可这些内容的部分或全部构成了在本申请各项权利要求的优先权日之前存在的现有技术基础的一部分，或者是与本公开相关领域的公知常识。
发明内容
一些实施方式涉及用于在拉力下保持工件同时在工件上进行一个或多个操作的装置，该装置包含：框架；可旋转地连接到框架的第一主轴；构造成将第一主轴连接到工件第一端的第一联接器；可旋转地连接到框架的第二主轴；以及构造成将第二主轴连接到工件第二端的第二联接器；其中第一联接器与第二联接器之间的距离是可调节的，以便在拉力下将工件保持在联接器之间同时进行一个或多个操作，且其中工件能与联接器一起相对于框架围绕在联接器之间延伸的共同旋转轴线旋转。
第一主轴和第二主轴可以构造用于彼此共同旋转。装置可以进一步包含构造成使第一主轴旋转的第一电机。在一些实施方式中，第一电机的旋转还可以引起第二主轴的旋转。在其他实施方式中，装置可以进一步包含构造成使第二主轴旋转的第二电机。
在一些实施方式中，装置可以进一步包含拉力调节致动器，拉力调节致动器构造成通过调节第一联接器与第二联接器之间的距离来调节施加给工件的拉力。施加给工件的拉力在应用之间会有所不同，可以在约10N～500N、约20N～300N、约30N～300N、约50N～200N或者约60N～100N的范围。
在一些实施方式中，联接器中的一个或两个可以包含柔性联接器(flexiblecoupler)，例如弹簧联接器，以在工件与主轴中的一个或两个之间提供旋转灵活性。该柔性联接器或每个柔性联接器的扭转刚度可以在约10N.m/rad～500N.m/rad、约20N.m/rad～200N.m/rad或者约30N.m/rad～100N.m/rad的范围。在一些实施方式中，联接器中的一个或两个可以包含柔性联接器，例如弹簧联接器，以便在工件与主轴中的一个或两个之间提供纵向或轴向灵活性。该柔性联接器或每个柔性联接器的轴向刚度可以在约0.01N/m～1N/m、约0.05N/m～0.5N/m、约0.05N/m～0.25N/m或者约0.05N/m～0.15N/m的范围。
在一些实施方式中，联接器可以构造成在使用冷喷涂工艺对工件进行涂覆的同时支撑工件。装置可以进一步包含设置在工件一侧并构造成在冷喷涂过程中帮助支撑工件的垫板。垫板可以限定凹面，该凹面构造成至少部分地包围工件的一侧。例如，该凹面可以限定凹槽，工件在该凹槽内延伸且工件在安装用于旋转时被至少部分地接收在该凹槽中。装置、联接器和/或垫板可以特别构造成在冷喷涂过程中支撑细长的静态混合器元件。
在一些实施方式中，装置可以进一步包含一个或多个屏蔽板，以屏蔽装置的一个或多个部件免受冷喷涂。
在一些实施方式中，装置可以进一步包含冷喷涂设备和具有如下机构的冷喷涂支撑框架，该机构构造成使冷喷涂设备的喷嘴沿着基本平行于工件旋转轴线的轴线移动以对工件进行冷喷涂。冷喷涂喷嘴与工件之间的相隔距离(standoff distance)可以是可调节的。冷喷涂喷嘴的横向位置在垂直于所述相隔距离和工件旋转轴线的方向上是可调节的。冷喷涂支撑框架机构可以包含一个或多个致动器，以影响和控制冷喷涂喷嘴在一个、两个或三个空间维度的移动，诸如平行于工件的旋转轴线，平行于冷喷涂喷嘴的中心喷涂轴线，或者沿既垂直于中心喷涂轴线又垂直于工件旋转轴线的横向方向。
在一些实施方式中，装置可以进一步包含构造用于测量施加给工件的拉力的拉力计(tension meter)。拉力计可以连接到框架、主轴和联接器中的任何一个或多个，且可以构造成直接连接到工件。
一些实施方式涉及用于在拉力下保持工件并控制工件旋转同时在工件上进行一个或多个操作的系统，该系统包含：根据本文所述任一个实施方式的装置；以及构造成控制工件旋转的控制器。
在一些实施方式中，控制器可以构造成控制一个或多个电机来影响和控制工件的旋转。在一些实施方式中，系统可以构造用于控制工件的冷喷涂。
在一些实施方式中，控制器可以进一步构造成控制拉力调节致动器以调节施加给工件的拉力。在一些实施方式中，控制器可以构造成控制拉力调节致动器，以响应于从拉力计接收信号而将施加给工件的拉力调节为所选择的拉力，直至到达所选择的拉力。
在一些实施方式中，控制器可以进一步构造成控制与冷喷涂支撑框架的机构相关联的一个或多个致动器，以控制冷喷涂喷嘴相对于工件的移动。控制器可以构造成控制致动器，以控制冷喷涂喷嘴在一个、两个或三个空间维度的移动，诸如平行于工件的旋转轴线，平行于冷喷涂喷嘴的中心喷涂轴线，或者沿既垂直于中心喷涂轴线又垂直于工件旋转轴线的横向方向。
在一些实施方式中，装置可以进一步包含构造成使第一主轴旋转的第一电机和构造成使第二主轴旋转的第二电机，且控制器可以构造成基本同步地运行第一电机和第二电机以影响第一主轴和第二主轴基本同时的共同旋转。
系统可以进一步包含计算机处理器，该计算机处理器构造用于执行存储于处理器可访问的存储器的软件以提供用户接口，该用户接口允许用户提供输入，该输入被传输到控制器以控制装置的一个或多个操作。
一些实施方式涉及工艺，其包括：使在拉力下保持的工件旋转；以及在工件上进行一个或多个操作。
一些实施方式涉及工艺，其包括：在两个联接器之间安装工件；调节两个联接器之间的距离以向工件施加拉力；旋转工件；以及在将工件在拉力下保持于两个联接器之间的同时在工件上进行一个或多个操作。
在一些实施方式中，安装工件可以包括将工件安装在根据任一个所述实施方式的装置中。在一些实施方式中，该工艺可以包括使用根据任一个所述实施方式的系统进行该工艺的至少一部分。
旋转工件可以包括将工件旋转至选择的角度并随后在工件上进行一个或多个操作，或者连续旋转工件同时在工件上进行一个或多个操作。对于不同的应用，工件的旋转速度可以有所不同，可以在约1rpm～约2000rpm、约10rpm～约1000rpm或者约50rpm～约500rpm的范围。
在一些实施方式中，该工艺可以进一步包括将工件的旋转速度逐渐提高至所选择的连续旋转速度。工件的角加速度大小可以保持在特定的角加速度值以下，以避免对工件施加过多的扭转力。例如，工件的角加速度大小可以保持在约300rad.s-2以下，约100rad.s-2以下、约50rad.s-2以下、约10rad.s-2以下、约5rad.s-2以下、约1rad.s-2以下或者0.1rad.s-2以下。在一些实施方式中，例如，工件的角加速度大小可以保持在约0.05rad.s-2～25rad.s-2的范围内。
在一些实施方式中，在待由联接器保持的工件的每一端可以具有可移除的端部。在一些实施方式中，工件可以包含通过接头联接器端对端连接在一起的多个工件元件(每一个工件元件可以被认为是其自身的工件)。接头联接器可以与工件元件一体形成。接头联接器可以构造成可从工件元件上移除。例如，接头联接器可以在预成形点或薄弱区域与工件元件分离。
在一些实施方式中，工件可以包括以下任何一个或多个：细长物体、精密物体、易碎物体、脆弱物体、3D打印物体、多孔物体、静态混合器、或者一系列端对端连接的相连静态混合器元件。
在一些实施方式中，一个或多个操作可以包括以下任一个或多个：涂覆、刷涂、喷涂、表面处理、热处理、抛光、喷砂或冷喷涂。
在一些实施方式中，该工艺可以包含用以下任一个或多个对工件进行冷喷涂：高压冷喷涂、低压冷喷涂、动力金属化、脉冲气动喷涂以及真空冷喷涂。
在一些实施方式中，该工艺可以包含用冷喷涂颗粒对工件进行冷喷涂，冷喷涂颗粒包含金属、金属合金、金属陶瓷和金属氧化物中的至少一种。例如，冷喷涂颗粒可以包含催化性材料，该催化性材料选自以下中至少一种：铁、铝、钴、铜、锌、镍、钯、铂、金、银、钌、铱、铑、钛、钒、锆、铌、钽和铬，或者它们的金属合金、金属陶瓷或金属氧化物。在一些实施方式中，可以对冷喷涂进行控制以在工件的表面形成粗糙或者多孔沉积层。
在一些实施方式中，该工艺可以包括引起工件旋转同时引起冷喷涂喷嘴沿着基本平行于工件旋转轴线的轴线移动以对该工件的至少一部分进行涂覆。
附图说明
现在将结合附图对示例性实施方式进行详细描述，其中：
图1示出了3D打印的静态混合器的一些示例；
图2示出了3D打印的静态混合器的其他示例；
图3是冷喷涂喷嘴和撞击在基材表面上的喷雾的示意图；
图4是根据一些实施方式，安装在装置中的工件的示意图；
图5A是根据一些实施方式，垫板的透视图；
图5B是图5A的垫板的剖面图；
图6是冷喷涂喷嘴、工件和垫板的透视图，图示了根据一些实施方式的冷喷涂布置；
图7A是根据一些实施方式，安装在装置中的工件的透视图；
图7B是图7A的工件和装置的平面图，进一步图示了根据一些实施方式的冷喷涂布置；
图7C是图7B的冷喷涂布置的透视图，示出了根据一些实施方式的图7A的装置的其他特征；
图8是根据一些实施方式，连接在一起并在拉力下安装于柔性联接器之间的多个工件元件的透视图；
图9A是根据一些实施方式的柔性联接器的侧视图；
图9B是图9A的柔性联接器的端视图；
图10是示出根据一些实施方式，在装置中安装有静态混合器的装置部分的透视图；
图11是示出根据一些实施方式，电机控制子系统的框图；以及
图12是示出根据一些实施方式，冷喷涂控制系统的框图。
部分附图标记说明
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Figure GDA0003072744940000071
具体实施方式
实施方式大体涉及用于保持工件同时在工件上进行一个或多个操作的装置和系统，以及涉及保持工件同时在工件上进行一个或多个操作的工艺。例如，本文所描述的实施方式可以特别适合于在冷喷涂工艺过程中保持脆弱、精密或易碎的工件。
如以上交叉引用的相关申请中所描述的，用于连续流动化学反应器的静态混合器可以设计有复杂的几何形状以促进一种或多种流体的混合。增材制造和3D打印的出现允许了设计和制造限定不同几何形状的静态混合器，这以其他方式可能难以或无法生产。在图1和图2以及图9中示出了一些示例性的静态混合器。
交叉引用的申请也描述了用催化性材料涂覆静态混合器以在连续流动化学反应器中提供反应物的有效催化反应，并且一种用于施用这种涂层的方法是通过将催化性材料冷喷涂到静态混合器的表面上。
冷喷涂涂覆技术一般涉及通过冷喷涂喷嘴(见图3)将固体颗粒加速到超音速来实现在基材表面上的冲击碰撞，使得颗粒附着于并涂覆表面形成材料沉积层。各种金属粉末可以被用于冷喷涂到表面上，且有多种不同类型的冷喷涂方法和系统，包括例如高压冷喷涂、低压冷喷涂、动力金属化、脉冲气动喷涂以及真空冷喷涂。颗粒和/或气体可以预热，也可以不预热，但颗粒的温度一般保持在颗粒熔点以下。颗粒可以加速到300MS-1～1400MS-1范围内的速度，当它们撞击到表面时，颗粒塑性变形并粘接到表面。
颗粒可以通过伴随加压气体从喷嘴的高压侧到喷嘴的低压侧将它们进料通过会聚-发散喷嘴来加速，由此形成具有超音速固体颗粒流的超音速气体射流。在一些实施方式中，固体颗粒可以在喷嘴的低压侧进料到气体射流中。喷嘴可以呈如图3中所示的拉伐尔(de Laval)喷嘴的形式。
冷喷涂技术通常导致在基材的表面上形成致密的材料层。然而，如果仔细地控制冷喷涂条件，可以在合适基材诸如静态混合器支架上形成适合于催化反应的粗糙或多孔涂层。增大的粗糙度可以增强流体反应物在催化层表面附近的微观尺度湍流混合，且可以提供更大的其上能发生催化反应的催化性材料表面积。在一些应用中，可以优选将催化性材料沉积在支架上，以便形成更多孔的催化层，或者与使用电沉积或其他沉积技术实现的催化层相比粗糙度增大的催化层。
对表面进行冷喷涂的一个重要考虑因素是气体冲击射流和冷喷涂颗粒在物体上显著的力，必须对物体进行充分支撑抵抗这种力。另一个重要考虑因素是，必须存在从冷喷涂喷嘴到表面的直接瞄准线(line of sight)，且有效冷喷涂附着的角度扩散通常是从喷涂中心轴线低于约15°的偏移。因此，为了完全覆盖，大多数物体需要通过将冷喷涂喷嘴移动到不同位置和/或旋转物体本身来从多个不同角度进行喷涂。
这可以通过将物体或工件固定安装在夹持件或保持夹具(jig)中，对工件的一侧进行冷喷涂，然后拆下工件，以不同的朝向重新安装工件来对另一侧进行冷喷涂，重复该过程直到实现所期望的涂层覆盖。然而，多次重新安装工件非常耗时。
另一种可能性是将工件安装在两个联接器或车床的卡盘之间，以简化工件的旋转或允许工件在冷喷涂过程中连续旋转。一些工件可以在单个卡盘中仅一端被保持，但其他的工件则必须在两端被保持以便在它们上面进行操作时得到足够的支撑。当需要这样的支撑时，细长工件通常在受压下安装于车床中。然而，支撑脆弱、精密或易碎工件抵抗加工受力(诸如与冷喷涂相关的力)需要的压缩力可能使工件断裂、弯曲、变形、破裂或以其他方式受损。
当在易碎、脆弱或精密工件(这些工件在拉力下比受压下更强)上进行诸如冷喷涂的操作时，这个问题可以通过将工件保持在拉力下而不是对其施加纵向压缩负载来解决。
此外，以允许工件连续或步进旋转的方式在拉力下保持这样的工件避免了在冷喷涂操作之间重新安装工件的需求。
参照图1和图2，示出了多个示例性工件100。图1和图2中所示的工件100是静态混合器，它们是用增材制造或3D打印生产的。由于它们的尺寸和几何形状，这些静态混合器都太精密，尤其太脆弱，而无法在受压下安装于传统的车床中。
如上文所讨论的，静态混合器可以涂覆有催化性材料以在化学流动反应器中促进有效的催化反应。用于将催化性材料沉积在静态混合器的表面上的一种方法是通过冷喷涂。
参照图3，示出了说明示例性冷喷涂设备300的一部分的示意图，该冷喷涂设备300包含预腔室302，冷喷涂颗粒和加压气体被进料到预腔室302里，以及连接到预腔室302的冷喷涂喷嘴310。图3中所示的喷嘴310呈拉伐尔喷嘴的形式，包含会聚区312、喉部314和发散区316。喷嘴310构造成使得加压气体和冷喷涂颗粒在它们从预腔室302流动通过喷嘴310时被加速，然后大体沿着中心喷涂轴线320推进或喷涂至撞击在基材330(诸如工件100)的表面。至少一些冷喷涂颗粒被加速至它们在撞击表面时遭受塑性变形并粘合到该表面在表面上形成沉积层的速度。
参照图4，示出了根据一些实施方式用于在拉力下保持工件100同时在工件100上进行一个或多个操作的装置400。装置400包含：框架402；可旋转地连接到框架402的第一主轴404；构造成将第一主轴404连接到工件100的第一端106的第一联接器406；可旋转地连接到框架402的第二主轴414；以及构造成将第二主轴414连接到工件100的第二端116的第二联接器416。
主轴404、414各自可以包含一个或多个部件，诸如驱动轴、卡盘和/或一个或多个轴承。主轴404、414可以直接或间接连接到框架402，且可以通过一个或多个部件或机构连接到框架402。主轴404、414一般可受限于相对于框架402绕共同旋转轴线的一个旋转自由度，但在一些实施方式中也可以构造成用于轴向和/或横向位置调节。
联接器406、416各自可以包含一个或多个部件，诸如柔性联接器。联接器406、416可以直接或间接连接到框架主轴404、414，且可以通过一个或多个其他部件或机构连接到主轴404、414或工件。在一些实施方式中，装置可以进一步包含拉力计420，拉力计420构造成测量施加给工件100的拉力。拉力计420可以设置在第一主轴与第二主轴404、414之间的任何两个部件之间，或者在一些实施方式中可以设置于这些部件的其中一个之上。例如，拉力计420可以包含应变片(strain gauge)，该应变片固定到主轴404、414或者联接器406、416中之一的表面。
联接器406、416一般可受限于相对于框架402绕与主轴一起的共同旋转轴线的一个旋转自由度，但在一些实施方式中也可以构造成用于轴向和/或横向位置调节。例如，联接器406、416中一个或两个的一部分可以相对于主轴404、414进行轴向调节，以允许调节施加给工件100的拉力。在一些实施方式中，联接器406、416可以包含柔性联接器，以允许工件100相对于主轴404、414的一定程度的轴向、旋转、横向或角向偏转或移动，以帮助在拉力下保持工件，以补偿主轴404、414之间的未对准，或者以减小振动或突然加速对工件100的影响。
第一和第二联接器406、416之间的距离是可调节的，以便在拉力下将工件100保持在联接器406、416之间，同时进行一个或多个操作。也就是说，联接器406、416构造成保持工件100的端部106、116(一旦安装的话)并沿相互远离的方向向工件100施加相反的力。工件100可以与联接器406、416一起相对于框架402绕在联接器406、416之间延伸的共同旋转轴线440旋转。
装置400可以包含拉力调节致动器422，该拉力调节致动器422构造成通过调节第一和第二联接器406、416之间的距离来调节施加给工件100的拉力。图4中所示的拉力调节致动器422包含螺纹杆424，螺纹杆424经由轴承426连接到第二主轴414以允许主轴414相对于螺纹杆424旋转。螺纹杆424与邻接框架402的一部分的螺纹手轮428螺纹接合，使得转动手轮428调节螺纹杆424与第二主轴414相对于第一主轴404和框架402的轴向位置，由此调节联接器406、416之间的距离以及施加至工件100的拉力。
在一些实施方式中，主轴404、414中的一个诸如第一主轴404可以被电机708驱动(图7A)，而主轴404、414中的另一个诸如第二主轴414可以与联接器406、416，工件100以及第一主轴404一起自由地旋转。这种布置可以适用于相对更强的工件100和/或低的角加速度。然而，对于特别精密的工件100和/或更高的角加速度，旋转惯量以及第二主轴414和第二联接器416角动量的改变可能使工件100断裂或受损。
为了避免这种问题，第一主轴404和第二主轴414可以构造用于彼此一起共同旋转。也就是说，主轴404、414的任何旋转都可以控制成是同时的。例如，这可以通过将主轴404、414独立于工件100连接到彼此而实现，诸如通过平行的轴和齿轮系统。在这样的实施方式中，第一电机708的旋转还可以引起第二主轴414的旋转。
或者，在其他实施方式中，装置400可以进一步包含构造成使第二主轴414旋转的第二电机718(图7A)。两个电机708、718可以构造成独立地驱动主轴404、414的旋转，且可以被控制成引起主轴404、414同步共同旋转，即，以主轴404、414的任何旋转基本同时发生且以基本相等的角位置、速度和加速度。
如上文所讨论的，冷喷涂涉及高速度，且在一些情况下，工件100上的气动力可能高至足以使工件100断裂、弯曲、变形、折断或以其他方式受损。因此，在一些实施方式中，装置400可以进一步包含垫板500，垫板500设置在工件100一侧并构造成在冷喷涂过程中帮助支撑工件100。
参照图5A和图5B，示出了根据一些实施方式的垫板500。如图6中所示，垫板500可以相对于冷喷涂喷嘴310布置在工件100后面，以通过减小工件100尾部(wake)中的低压区而减小置于工件100上的气动力。在一些实施方式中，垫板500和工件100可以在它们之间布置有小间隙。在工件100由于冷喷涂力而少量弯曲的情况下，工件100的一部分可以接触并进一步被垫板500支撑。在一些实施方式中，工件100可以布置成沿工件100的至少部分长度与垫板500接触，以便提供进一步的支撑。
垫板500可以限定凹面502，凹面502构造成至少部分地包围工件100的一侧。这种布置可以向工件100提供进一步的支撑和稳定性，以减轻工件100由于气动力震荡引起的偏转(deflection)或者中心喷涂轴线320与工件100的旋转轴线440之间的未对准。凹面502可以被抛光或用不粘膜涂覆以减小接触时垫板500与工件100之间的摩擦。附图中所示的垫板500尤其适合于细长的工件100，但是可以为不同形状的工件100限定不同的几何形状。
参照图6，示出了根据一些实施方式的冷喷涂喷嘴310、工件100和垫板500的布置。工件100示出为3D打印的部件，但可以包含有如上所述进行冷喷涂的任何工件100。冷喷涂工艺可以包括使冷喷涂喷嘴310至少沿着工件100的一侧在方向600上移动，方向600基本平行于工件100的旋转轴线440。喷嘴310的横移速度对于不同应用可以是不同的，例如，可以在约0.5mm/s～1000mm/s的范围。
喷嘴通常可以取向为基本垂直于工件100的旋转轴线440的中心喷涂轴线320，但在一些实施方式中也可以不这样。喷嘴310与工件之间的相隔距离可以在约1mm～200mm的范围，例如约15mm～100mm，且在一些实施方式中可以是可调节的。
在一些实施方式中，工件100可以旋转至选择角度，在该角度进行冷喷涂，旋转至新的选择角度，然后再次进行冷喷涂。这个工艺可以根据需要对多个不同选择角度进行重复，以在工件100上提供期望的涂层覆盖。
在一些实施方式中，工件100可以在冷喷涂喷嘴310沿着工件100在图6中所示的方向600上移动的同时连续旋转，同时对工件100进行冷喷涂。
参照图7A至图7C，示出了根据一些实施方式用于在工件100上进行一个或多个操作的同时在拉力下保持工件100的装置700。类似的部件用类似的附图标记表示，且可以包括类似的特征，如结合图4所描述的。
装置700包含：框架702(见图7C)；可旋转地连接到框架702的第一主轴704；构造成将第一主轴704连接到工件100的第一端106的第一联接器706；可旋转地连接到框架702的第二主轴714；以及构造成将第二主轴714连接到工件100的第二端116的第二联接器716。
装置700进一步包含构造成使第一主轴704旋转的第一电机708和构造成使第二主轴714旋转的第二电机718。电机708、718可以包含步进电机，以允许工件100旋转至特定的选择角度。在图7A至图7C所示的装置700中，主轴704、714包含电机708、718的驱动轴。然而，在其他实施方式中，主轴704、714可以与电机708、718的驱动轴分开和机械连接到电机708、718的驱动轴。如上文所讨论的，电机708、718可以构造用于同步运行以影响主轴704、714的共同旋转。
第一联接器706与第二联接器716之间的距离是可调节的，以便在拉力下将工件100保持在联接器706、716之间同时进行一个或多个操作，工件100可以与联接器706、716一起相对于框架702绕在联接器706、716之间延伸的共同旋转轴线旋转。
装置700可以包含拉力调节致动器1222(图12)，拉力调节致动器1222构造成通过调节第一联接器706与第二联接器716之间的距离来调节施加给工件100的拉力。拉力调节致动器1222可以构造成调节联接器706、716中的一个相对于主轴704、714的轴向位置；或者调节主轴704、714中的一个相对于电机708、718的轴向位置；或者调节电机708、718中的一个相对于框架702的轴向位置。
框架702可以包含轨道703，轨道703允许沿着用于不同长度的工件100的轨道调节电机708、718中一个或两个的位置。可以通过将工件100安装在装置700中而将拉力施加给工件100，然后沿着轨道703彼此远离地调节电机708、718中一个或两个的位置。例如，拉力调节致动器1222可以包含第三电机(未示出)，第三电机构造用于驱动调节机构，诸如与电机708、718中一个的壳体的一部分螺纹接合的传动螺钉(power screw)。
联接器706、716可以包含任何合适的联接机构，用于将主轴704、714连接到工件100的对应端部106、116。例如，每个联接器706、716可以限定构造成接收相应主轴704、714和/或工件100的相应端部106、116的一个或多个孔，且包含一个或多个构造成将主轴704、714和/或工件100固定在一个或多个孔中的无头螺钉。例如，在其他实施方式中，联接器706、716可以包含其他夹持机构，诸如卡盘。在一些实施方式中，联接器706、716中的每一个都可以包含协同将工件100连接到主轴704、714的一个或多个部件。例如，图10中所示的联接器706包含连接到主轴704的柔性弹簧联接器706a和构造成将工件100连接到柔性联接器706a的分支杆(split rod)706b。
不同的联接器706、716可以用于不同的工件100。例如，一些工件100可以形成有圆柱形端部106、116(例如，图1)，它们可以被接收在联接器706、716的圆柱形孔中。例如，其他工件100可以形成有平板状端部106、116(例如，图10)，它们可以被接收在联接器706、716端部的槽部，并利用夹持或另一种形式的摩擦接合来紧固，诸如无头螺钉。在一些实施方式中，工件100的端部106、116可以构造成通过联接器保持，并且随后一旦完成一个或多个操作则从工件100移除。
在一些实施方式中，多个工件100可以一起安装在装置700中，彼此首尾连接。例如，工件100可以通过接头联接器726彼此连接。接头联接器726可以包含具有无头螺钉的中空套筒，无头螺钉构造成在套筒中夹持相邻工件100的端部106、116。
在一些实施方式中，工件100自身可以形成有构造成直接彼此连接的端部106、116。例如，图8中所示的工件，限定一体形成的接头联接器826，接头联接器826包含构造成彼此配合以在拉力下连接相邻工件100的互补销(pegs)和孔。有许多不同的整体连接部分可以是合适的，虽然示出的工件100是3D打印的工件100，其他类型的工件100可以形成有整体互补的连接部分。在一些实施方式中，工件100的端部106、116可以构造成一旦一个或多个操作完成则从工件100移除。
在一些实施方式中，联接器706、116中的一个或两个可以是或者包含柔性联接器，例如弹簧联接器，以便在工件100与主轴704、714中的一个或两个之间提供旋转灵活性。该柔性联接器或每个柔性联接器的扭转刚度可以在约10N.m/rad～500N.m/rad、约20N.m/rad～200N.m/rad或者约30N.m/rad～100N.m/rad的范围。柔性联接器还可以允许工件100相对于主轴704、714的一定程度的轴向、旋转、横向或角向偏转，例如以便帮助在拉力下保持工件，补偿主轴704、714之间的未对准，或者减小振动或突然加速对工件100的影响。
可以使用任何合适的柔性联接器，诸如oceancontrols.com.au或ibestchina.com提供的DR系列柔性联接器(例如，型号DR6.35X6.35-D18L25)，例如如图9A和图9B所示。这种类型的联接器是由中空圆柱限定的，在圆柱的壁部具有形成弹簧的螺旋槽。在任一端部处具有孔，用于接收主轴704、714的轴、另一连接部或者工件100的端部106、116。
装置700可以进一步包含可以称为冷喷涂枪的冷喷涂设备300，冷喷涂支撑框架(未示出)具有机构，该机构构造成使冷喷涂设备300的喷嘴310沿着基本平行于工件100旋转轴线的轴线移动以对工件100进行冷喷涂，如图6和图7B所示。垫板500可以被固定到在工件100的一侧的支撑框架。冷喷涂一定量之后，可以在垫板500上形成冷喷涂沉积层，其可能阻碍工件100的旋转。因此，有时可能需要更换垫板500。
冷喷涂支撑框架机构可以包含一个或多个致动器以便影响和控制冷喷涂喷嘴310在一个、两个或三个空间维度的移动，诸如平行于工件100的旋转轴线440，平行于冷喷涂喷嘴310的中心喷涂轴线320，或者沿既垂直于中心喷涂轴线320又垂直于工件100旋转轴线440的横向方向。例如，该一个或多个致动器可以包含构造成沿着支撑框架中的一个或多个轨道调节冷喷涂喷嘴310位置的一个或多个电机。
在一些实施方式中，装置700可以进一步包含一个或多个屏蔽板730，以屏蔽装置700的一个或多个部件免受冷喷涂。屏蔽板730可以固定到框架702。在一些实施方式中，屏蔽板730可以保持在框架702中的一个或多个轨道中，以允许调节每个屏蔽板730的位置以屏蔽装置700的不同部件或者当部件之一(诸如电机)移动到新位置时移动到新的屏蔽位置。两个屏蔽板730在图7C中示出对电机708、718，联接器706、716以及主轴704、714进行屏蔽。然而，可以包括其他的屏蔽板730，用于对相邻工件100或其他部件之间可能需要屏蔽的任何连接的联接器726进行屏蔽。
在一些实施方式中，装置700可以进一步包含拉力计1220(图12)，如对装置400所描述的，拉力计1220构造成测量施加给工件100的拉力。拉力调节致动器1222可以用于调节施加给工件的拉力，直至用拉力计1220观察达到期望的拉力。
参照图10，示出了示例性实施方式的装置700的一部分，其中3D打印的静态混合器100的平板端部104安装在联接器706的槽部。联接器706包括图9A和图9B中图示的柔性联接器706，且构造成将工件100的端部104连接到安装于框架702的电机708的主轴704。垫板500在工件100旁边固定到框架702，屏蔽板730固定到在电机708前侧的框架。
参照图11，示出了根据一些实施方式的电机控制子系统1100。子系统1100包含结合图7A至图7C描述的装置700和构造成控制工件100旋转的控制器1110。这是通过分别向第一和第二电机驱动器1108、1118发送同步信号来控制第一和第二电机708、718的运行而实现的。响应于同步信号，第一和第二电机驱动器1108、1118调整对电机708、718的功率供应来引起主轴704、714同时共同旋转。子系统1100进一步包含电源1102，诸如24伏直流电源，向控制器1110，电机驱动器1108、1118和电机708、718提供功率。
如图7A至图7C所示，在电机708、718反向并联(antiparallel)布置的实施方式中，电机708、718必须构造用于逆向旋转，以便实现主轴704、714在相同方向上的共同旋转。例如，这可以通过操作控制器1110向电机驱动器1108、1118发送相等且相反的信号以实现电机708、718相等且相反的旋转(即，顺时针和逆时针)来实现。
为了确保主轴704、714的共同旋转基本上是同时的(即，减少由于两个电机708、718的信号之间的延迟而引入角度差的可能性)，两个电机驱动器1108、1118可以包含具有合适采样速率的数字驱动器，使得任何信号延迟被舍入(rounded off)以向电机708、718提供同时信号。例如，合适的电机驱动器包括DM422—2相数字步进驱动器，由leadshine.com提供。能用于控制电机驱动器1108、1118的合适控制器1110的示例是由oceancontrols.com.au.提供的KTA-290串行步进电机控制器。
子系统1100可以进一步包含到计算机1240(图12)的串行接口1120，包括例如串行线缆，以允许控制器1110与计算机1240之间的通信。或者，控制器1110和计算机1240可以构造成通过合适的无线通信协议进行通信，且每一个可以包括或采用合适的无线通信子系统用于该目的。
参照图12，根据一些实施方式，示出了用于在拉力下保持工件100并控制工件100旋转的的多功能控制系统1200。系统1200包含电机控制子系统1100，计算机1240和根据本文所述实施方式中任一个的装置400、700；以及构造成控制工件100旋转的控制器1110。
装置400、700包含构造成响应于来自控制器1110的控制信号而引起工件100旋转的第一电机708。控制信号可以通过电机驱动器1108而提供给电机708(并根据需要重新编码)，如对图11所描述的。控制器1110通过调整从电源1102到电机708的功率供应来控制电机708。
计算机1240包括计算机处理器1242，处理器1242构造成执行存储在处理器1242可访问的存储器1246上的控制模块1244。控制模块1244包含可执行程序代码，当由处理器1242执行时，可执行程序代码使得处理器1242执行如本文所描述的与装置400、700相关的控制功能。控制模块1244构造成提供与本文所描述的冷喷涂工艺性能相关的控制和监测功能。控制模块1244(或可由处理器1242执行的另一软件应用)可由处理器1242执行以提供用户接口以允许用户提供输入，该输入被传送到控制器1110以控制装置400、700的一个或多个操作。计算机1240可通信地连接到控制器1210，诸如通过串行线缆或无线连接，以便通过计算机1240上的用户接口操作控制器1110。
在一些实施方式中，装置400、700可以包含构造成驱动工件100旋转的单个电机708，如上文对装置400所描述的。在一些实施方式中，装置400、700可以进一步包含第二电机718，例如构造为如在上文中对装置400或700所描述的那样。控制器1110可以构造成同步控制第一电机708和第二电机718，如在上文中对装置700所描述的那样。电机708、718可以通过电机驱动器1108、1118来控制，如对子系统1100所描述的那样。
在一些实施方式中，控制器1110可以进一步构造成控制拉力调节致动器1222，如上文中对装置700所描述的那样。
在一些实施方式中，装置400、700可以包含拉力计1220，拉力计1220构造为如在上文中对装置400或700所描述的那样。控制器1110可以构造成从拉力计1220接收指示施加给工件100的拉力水平的测量信号，并在反馈回路中控制拉力调节致动器1222来调节施加给工件的拉力直至达到选择的拉力。
在一些实施方式中，控制器1110可以进一步构造成控制一个、两个或更多个冷喷涂定位致动器1230，以便控制冷喷涂喷嘴310的移动来对工件100进行冷喷涂，如上文中对装置700所描述的那样。例如，装置400、700可以包括三个冷喷涂定位致动器1230a、1230b和1230c，每一个都布置成将冷喷涂喷嘴310定位在三个不同维度(即，X、Y和Z轴)中的一个。控制器1110可以构造成控制致动器1230，以便控制冷喷涂喷嘴在一个、两个或三个空间维度的移动，诸如平行于工件的旋转轴线，平行于冷喷涂喷嘴的中心喷涂轴线，或者沿既垂直于中心喷涂轴线又垂直于工件100旋转轴线的横向方向。在一些实施方式中，控制器1110可以进一步构造成控制冷喷涂设备300的操作。
如上所述，虽然示例性实施方式聚焦于冷喷涂精密细长的工件诸如3D打印的静态混合器元件，所描述的装置、系统和工艺可以用于支撑许多不同类型的工件同时在工件上进行一个或多个操作。
静态混合器
在一个特定实施方式中，工件是静态混合器。静态混合器可以是增材制造的或3D打印的。静态混合器可以是用于化学反应器腔室(例如，连续流动化学反应器腔室)的整体元件(integral element)。静态混合器可以包含催化活性支架，该支架限定多个通路，该多个通路构造用于将一种或多种流体反应物在其通过混合器流动和反应的过程中分散和混合。静态混合器可以构造成用于组装到连续流动化学反应器或其腔室中的模块化插入物。静态混合器元件可以构造成用于一列式(in-line)连续流动化学反应器或其腔室的插入物。
工件，例如增材制造的工件(例如，静态混合器)在受压下可能不是特别强，尽管受到拉力可能相对更强。工件可能是易碎或脆弱的，例如一定的纵向压缩力可能使工件断裂、弯曲、变形、破裂或以其他方式受损。例如，一些工件可能由于大于约5N、约10N,、约50N或者约100N的纵向压缩力而损坏。
静态混合器元件可以构造用于增强混合和传热特性，以在横向于主流的方向上重新分配流体，例如在相对于静态混合器元件中心纵轴线的径向和切向或方位角方向上。静态混合器元件可以构造用于以下至少一个：(i)确保尽可能多的催化性表面面积被提供给流体以便活化接近最大数量的反应位点以及(ii)提高流动混合使得(a)反应物分子更频繁地接触静态混合器元件表面和(b)有效地将热从流体传走或向流体传递。静态混合器元件可以具有与特定应用相关的各种几何构造或长径比。静态混合器元件能够使流体反应物混合并非常靠近用于活化的催化性材料。静态混合器元件可以构造为用于湍流流速，例如增强湍流和混合，甚至在反应室腔壳体的内表面处或附近。构造还可以设计用于增强效率、化学反应的程度或者其他性能诸如压降(同时保持预定或期望的流速)、停留时间分布或传热系数。
工件可以是静态混合器元件、支架或其反应器腔室。静态混合器的增材制造和随后的催化性涂覆能提供构造用于(连续流动化学反应器中反应物的)有效混合、传热以及催化反应的静态混合器，且其中可以在物理上对静态混合器试验可靠性和性能，并任选地使用增材制造(例如，3D打印)技术进行进一步的再设计和再构造。增材制造在静态混合器的初步设计和试验以及进一步再设计和再构造方面提供灵活性，以有助于开发更商业可行且耐用的静态混合器。
静态混合器元件可以以选自以下通用非限制性示例构造中一种或多种的构造而提供：
·带螺旋的开放构造；
·带叶片的开放构造；
·波纹板；
·多层设计；
·带通道或孔的封闭构造。
静态混合器可以以具有多个整体单元(integral units)的网状构造而提供，该整体单元限定被构造用于帮助混合一种或多种流体反应物的多个通路。静态混合器元件可以包含通过相互连接区段(segments)的栅格而提供的支架，所述相互连接区段被构造成限定用于促进流经反应器腔室的流体混合的多个孔。支架还可以构造成既促进传热又促进流体混合。
在各实施方式中，可以对几何形状或构造进行选择，以便增强静态混合器元件的选自以下的一种或多种特性：比表面积、体积置换比(volume displacement ratio)、冷喷涂瞄准线可及性(line-of-sight accessibility)、高流速的强度和稳定性、使用增材制造的制造适宜性，以及达到以下一个或多个：高度的混沌对流、湍流混合、催化相互作用和传热。
工件(例如，静态混合器)可以构造成增强混沌对流或湍流混合，例如截面、横向(相对于流动)或局部湍流混合。工件(例如，静态混合器)的几何形状可以构造成改变局部流动方向或沿着静态混合器元件的纵向轴线在给定长度内对流动分流超过一定次数，诸如超过200m-1、超过400m-1、超过800m-1、超过1500m-1、超过2000m-1、超过2500m-1、超过3000m-1或者超过5000m-1。几何形状或构造可以在静态混合器的给定体积内包含超过一定数量的流动分流结构，诸如超过100m-3、超过1000m-3、超过1×104m-3、超过1×106m-3、超过1×109m-3或者超过1×1010m-3。
工件(例如，静态混合器或其支架)的几何形状或构造可以基本上是管状或直线。工件可以由多个区段形成或包含多个区段。区段中的一些或全部可以是直区段。区段中的一些或全部可以包含多边棱柱体诸如矩形棱柱体。工件可以包含多个平坦表面。直区段可以相对于彼此成角度。直区段可以相对于支架的纵向轴线以许多不同角度布置，诸如两个、三个、四个、五个或六个不同角度。工件可以包含重复结构。工件可以包含沿着支架的纵向轴线周期性重复的多个相似结构。支架的几何形状或构造可以沿着支架的长度一致。支架的几何形状可以沿着支架的长度变化。直区段可以通过一个或多个弯区段而连接。支架可以包含一个或多个螺旋区段。支架可以大体限定螺旋面。支架可以包含螺旋面，在所述螺旋面的表面包括多个孔。
工件(例如静态混合器)的尺寸可以根据应用而变化。静态混合器或者包含静态混合器的反应器可以是管状的。工件可以例如具有范围在1～5000、2～2500、3～1000、4～500、5～150、10～100的直径(mm)。工件可以例如具有至少约1、5、10、25、50、75、100、250、500或1000的直径(mm)。工件可以例如具有小于约5000、2500、1000、750、500、250、200、150、100、75或50的直径(mm)。工件的长径比(L/d)可以以适合于对特定反应的工业规模流速的范围来提供。长径比可以例如在约1～1000、2～750、3～500、4～250、5～100或10～50的范围。长径比可以例如小于约1000、750、500、250、200、150、100、75、50、25、20、15、10、9、8、7、6、5、4、3或2。长径比可以例如大于约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、75或100。
工件一般提供高比表面积。该比表面积(m2m-3)可以在100～40,000、200～30,000、300～20,000、500～15,000或者12000～10,000的范围。该比表面积(m2m-3)可以是至少100、200、300、400、500、750、1000、2000、3000、4000、5000、7500、10000、12500、15000、17500或20000。将要了解的是，该比表面积可以通过包括BET等温线技术在内的多种技术来测量。
工件(例如静态混合器元件)可以构造用于增强针对层流流速或湍流流速的性能，诸如混合和传热。将要了解的是，对于在中空管中流动的牛顿流体而言，层流和湍流流动与雷诺数(Re)值的相关性将通常提供Re为<2300的层流流速，2300<Re<4000的瞬变，以及通常Re为<4000的湍流。静态混合器元件可以构造用于层流或湍流流速，以便提供选自混合、反应程度、传热以及压降中一个或多个的增强的性能。将要了解的是，进一步增强特定类型的化学反应将需要其自身的具体考虑。
在一个实施方式中，静态混合器元件可以大致构造用于在至少0.01、0.1、1、5、50、100、150、200、250、300、350、400、550、600、650、700、750、800、850、900、950、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500、7000、7500、8000、8500、9000、9500、10000的Re下运行。静态混合器元件可以构造用于在约0.1～2000、1～1000、10～800或者20～500的大体层流Re范围内操作。静态混合器元件可以构造用于在约1000～15000、1500～10000、2000～8000或者2500～6000的大致湍流Re范围内操作。
静态混合器相对于用于容纳混合器的反应器腔室的体积置换％在1～40、2～35、3～30、4～25、5～20或者10～15的范围。静态混合器相对于用于容纳混合器的反应器腔室的体积置换％可以小于40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％或者5％。
静态混合器的构造可以设置用于增强横截面微观湍流。湍流长度尺度(turbulentlength scale)可以例如在微观长度尺度的范围内。静态混合器的构造可以提供用于增强反应器中的传热性能，例如在出口横截面处减小的温度差。
静态混合器可以构造使得在使用中跨静态混合器的压降(即，压力差或背压)(Pa/m)在约0.1～1,000,000Pa/m(或者1MPa/m)的范围。静态混合器可以构造成提供相对于特定流速更低的压降。在这方面，如本文所描述的，静态混合器、反应器、系统以及工艺可以提供适合于工业应用的参数。在体积流速为至少0.1、0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50ml/min的情况下，可以维持上述压降。
工件(例如静态混合器元件)可以通过增材制造(即，3D打印)技术制得。例如，可以使用电子束3D打印机或激光束3D打印机。用于3D打印的增材材料可以是例如基于钛合金的粉末(例如，45-105微米的直径范围)或者基于钴铬合金的粉末(例如，FSX-414)或不锈钢或铝硅合金。与激光束打印机相关联的粉末直径通常比用于电子束打印机的粉末直径低。
3D打印是成熟技术并且是指通过由光束提供的热量或借助挤出和烧结类工艺促进的熔融将材料顺序地沉积到粉末床上的工艺。可3D打印的模型通常是用计算机辅助设计(CAD)软件包创建的。在根据STL文件打印3D模型之前，通常对其检查多方面的错误并施加修正。一旦完成这些，.STL文件被称为“切片器(slicer)”的软件处理，它将模型转换成一系列的薄层，并生成含有适合于特定类型3D打印机的指令的G代码文件。3D打印工艺有利地用于制备静态混合器元件，因为它消除了传统制造途径造成的产品设计的限制。因此，与其他方式相比，从3D打印继承的设计自由允许对静态混合器几何形状进行针对性能的进一步优化。
催化剂材料
工件(例如，静态混合器或其支架)可以由催化性材料形成。例如，催化性材料可以插层(intercalated)、散布和/或嵌入到支架的至少一部分。
将要了解的是，催化剂材料可以根据所需的特定反应或应用来选择和变化。可以对催化剂材料进行选择以便在连续流动反应器环境中提供多相催化反应。大范围多相催化化学反应可以通过从大范围的催化性材料中进行选择而提供，包括但不限于以下：使用氢气的氢化反应，使用液态氢供体的转移氢化反应，催化氧化反应，还原胺化反应，包括Suzuki、Sonogashira、Heck、Stille、Negishi、Ullmann、Kumada偶联反应在内的碳-碳偶联反应以及其他金属催化的有机转化反应。
将要了解的是，支架的催化剂材料或支架上的冷喷涂涂层可以根据所需要的特定反应或应用来选择和变化。可以对催化剂材料进行选择以便在连续流动反应器环境中提供多相催化反应。大范围多相催化化学反应可以通过从大范围的催化性材料中进行选择而提供，包括但不限于以下：使用氢气的氢化反应，使用液态氢供体的转移氢化反应，催化氧化反应，还原胺化反应，包括Suzuki、Sonogashira、Heck、Stille、Negishi、Ullmann、Kumada偶联反应在内的碳-碳偶联反应以及其他金属催化的有机转化反应。
工件或静态混合器的支架可以包含选自金属、金属合金、金属陶瓷以及金属氧化物中的至少一种或者由选自金属、金属合金、金属陶瓷以及金属氧化物中的至少一种组成。支架可以是金属支架，例如由金属或金属合金形成。支架可以由能够进行催化反应的金属或金属合金形成，诸如钯。金属支架可以是由适合于增材制造(即，3D打印)的材料制备的。金属支架可以是由适合于进一步表面修饰以提供或增强催化活性的材料制备的，例如包括镍、钛、钯、铂、金、铜、铝在内的金属或者它们的合金和包括金属合金诸如不锈钢在内的其他材料。在一个实施方式中，用于支架的金属可以包含钛、不锈钢以及钴与铬的合金，或者由钛、不锈钢以及钴与铬的合金组成。在另一个实施方式中，用于支架的金属可以包含不锈钢和钴与铬的合金，或者由不锈钢和钴与铬的合金组成。使用增材制造技术(即，3D金属打印)，金属支架可以专门设计成执行两个主要任务：a)充当催化层或催化层的基材，b)充当流动引导件用于在化学反应过程中优化混合性能并随后在反应器内部辅助将放热传递到反应器管的壁(单相液体料流或者多相料流)。
用于形成工件或用于冷喷涂工件的催化性材料可以包含选自以下中至少一种的金属或者它们的金属合金、金属陶瓷或金属氧化物：铁、铝、钴、铜、锌、镍、钯、铂、金、银、钌、铱、铑、钛、钒、锆、铌、钽和铬；或者由选自以下中至少一种的金属或者它们的金属合金、金属陶瓷或金属氧化物组成：铁、铝、钴、铜、锌、镍、钯、铂、金、银、钌、铱、铑、钛、钒、锆、铌、钽和铬。催化性材料可以包含钛、铝、镍、铁、银、钴、铬或者其合金，或者由钛、铝、镍、铁、银、钴、铬或者其合金组成。催化性材料可以包含钛、钛合金或者不锈钢，或者由钛、钛合金或者不锈钢组成。例如，钛合金可以包含铝和钒。可以用于金属合金的其他过渡金属的非限制性实例是锆、铌和钽。
在实施方式中，用于形成工件或用于工件冷喷涂的催化性材料可以包含金属、半金属以及金属氧化物中的至少一种。例如，催化性材料可以包含以下一种或多种：
金属，选自铁、钴、铬、铝、钒、铜、锌、镍、钯、铂、金、银、钌、铱和铑，或者它们的任意合金或混合物；
半金属，选自Bi、CdTe、HgCdTe、GaAs或者它们的任意混合物；以及
金属氧化物，选自PbO、PbO2、ZnO、TiO2、CoO、Al2O3或者它们的任意混合物。
催化性材料可以指催化剂本身或者包含催化剂的材料或组合物。催化性材料可以以具有一种或多种添加剂(诸如，粘合剂)的组合物提供，以便于将催化剂涂覆到支架。催化剂或其涂层可以作为工件上的部分涂层或整个层而提供。添加剂可以包括催化剂或促进剂，以便提高静态混合器表面处的反应速率。催化剂材料可以包括解离催化剂，其可以选自由钼、钨、铁、钌、钴、硼、铬、钽、镍以及它们的任意合金、化合物和混合物组成的组。
在一个实施方式中，工件(例如，静态混合器)包含以下或者由以下组成：钛、镍、铝、不锈钢、钴、铬，它们的任意合金，或者它们的任意组合。在另一个实施方式中，工件(例如，静态混合器)包含不锈钢支架或钴铬合金支架。冷喷涂涂层可以包含选自铂或镍的金属。涂层占工件(例如，静态混合器)总重量的重量％可以在1～40％、2～35％、5～30％、10～25％或者15～20％的范围。
本领域技术人员将了解的是，在不违背本公开广义一般范围的情况下可以对上述实施方式做出许多的变化和/或修改。因此，本申请的实施方式在所有方面应被视为是说明性的而不是限制性的。

Claims (32)

1.用于在拉力下保持工件同时使用冷喷涂对工件进行涂覆的装置，该装置包含：
框架；
可旋转地连接到所述框架的第一主轴；
构造成将第一主轴连接到工件第一端的第一联接器；
可旋转地连接到所述框架的第二主轴；
构造成将第二主轴连接到工件第二端的第二联接器；
固定至所述框架并构造为设置在工件的一侧的垫板，所述垫板构造成在冷喷涂过程中帮助支撑工件；
构造成使第一主轴旋转的第一电机；以及
构造成使第二主轴旋转的第二电机；
其中所述工件仅在第一端由第一联接器和在第二端由第二联接器保持在所述装置；
其中第一联接器与第二联接器之间的距离是可调节的，以便在拉力下将工件保持在第一联接器和第二联接器之间同时进行冷喷涂过程，且
其中联接器和主轴的旋转引起工件相对于框架和垫板围绕在第一联接器和第二联接器之间延伸的共同旋转轴线旋转；并且
其中所述工件具有沿着共同旋转轴线延伸的三维结构，
其中所述工件包含通过相互连接区段的栅格形成的支架，所述相互连接区段构造用于限定多个孔，
其中第一电机和第二电机构造成以相反旋转方向同步运行以影响所述第一主轴和第二主轴的同时共同旋转。
2.权利要求1所述的装置，进一步包含拉力调节致动器，该拉力调节致动器构造成通过调节第一联接器与第二联接器之间的距离来调节施加给工件的拉力。
3.权利要求1或2所述的装置，其中，联接器之一或二者包含柔性联接器，以在工件与主轴中的一个或两个之间提供旋转灵活性。
4.权利要求3所述的装置，其中，所述柔性联接器的扭转刚度在20N.m/rad～200N.m/rad的范围。
5.权利要求1、2或4所述的装置，其中，所述垫板构造为在冷喷涂过程中沿工件的至少一部分长度与工件接触。
6.权利要求1、2或4所述的装置，其中，所述垫板涂覆有不粘膜以减小在接触时垫板与工件之间的摩擦。
7.权利要求1、2或4所述的装置，其中，所述垫板限定凹面，该凹面构造成至少部分地包围工件的一侧。
8.权利要求1、2或4所述的装置，进一步包含一个或多个屏蔽板，以屏蔽装置的一个或多个部件免受冷喷涂。
9.权利要求1、2或4所述的装置，进一步包含冷喷涂设备和具有如下机构的冷喷涂支撑框架，该机构构造成使冷喷涂设备的喷嘴沿着基本平行于工件旋转轴线的轴线移动以对工件进行冷喷涂。
10.权利要求9所述的装置，其中，冷喷涂喷嘴与工件之间的相隔距离是可调节的。
11.用于在拉力下保持工件并控制工件旋转同时在工件上进行一个或多个操作的系统，该系统包含：
根据权利要求1-10任一项的装置；以及
构造成控制工件旋转的控制器。
12.权利要求11所述的系统，其中，所述装置进一步包含拉力调节致动器，该拉力调节致动器构造成通过调节第一联接器与第二联接器之间的距离来调节施加给工件的拉力；并且，
其中，控制器进一步构造成控制拉力调节致动器以调节施加给工件的拉力。
13.权利要求12所述的系统，其中，所述装置进一步包含构造用于测量施加给工件的拉力的拉力计，并且其中，所述控制器构造成控制拉力调节致动器，以响应于从拉力计接收信号而将施加给工件的拉力调节为所选择的拉力，直至到达所选择的拉力。
14.权利要求11-13任一项所述的系统，其中，所述控制器进一步构造成控制与冷喷涂支撑框架的机构相关联的一个或多个致动器，以控制冷喷涂喷嘴相对于工件的移动。
15.权利要求11-13任一项所述的系统，其中，所述控制器构造成基本同步地运行第一电机和第二电机以影响第一主轴和第二主轴基本同时的共同旋转。
16.权利要求11-13任一项所述的系统，进一步包含计算机处理器，该计算机处理器构造用于执行存储于处理器可访问的存储器中的软件以提供用户接口，该用户接口允许用户提供输入，该输入被传输到控制器以控制装置的一个或多个操作。
17.权利要求11-13任一项所述的系统，其中，所述系统构造用于控制工件的冷喷涂。
18.一种工艺，包括：
在两个联接器之间安装工件；
调节两个联接器之间的距离以向工件施加拉力；
旋转工件；以及
在将工件在拉力下保持于两个联接器之间的同时在工件上进行冷喷涂过程；
其中，安装工件包括将工件安装在根据权利要求1-10任一项的装置中。
19.权利要求18所述的工艺，包括使用权利要求11-17任一项的系统进行所述冷喷涂过程的至少一部分。
20.权利要求18或19所述的工艺，其中，旋转工件包括将工件旋转至选择的角度并随后在工件上进行冷喷涂过程。
21.权利要求18或19所述的工艺，其中，旋转工件包括连续旋转工件同时在工件上进行冷喷涂过程。
22.权利要求21所述的工艺，进一步包括将工件的旋转速度逐渐提高至所选择的连续旋转速度。
23.权利要求22所述的工艺，其中，工件的角加速度大小保持在300rad.s-2以下。
24.权利要求18、19、22或23所述的工艺，其中，所述工件包括可移除的端部。
25.权利要求18、19、22或23所述的工艺，其中，所述工件包含通过接头联接器端对端连接在一起的多个工件元件。
26.权利要求25所述的工艺，其中，所述接头联接器与工件元件一体形成。
27.权利要求26所述的工艺，其中，所述接头联接器构造成可从工件元件上移除。
28.权利要求18、19、22、23、26或27所述的工艺，其中，所述工件包括细长的3D打印物体。
29.权利要求18、19、22、23、26或27所述的工艺，其中，所述工件包括静态混合器。
30.权利要求18、19、22、23、26或27所述的工艺，包括用冷喷涂颗粒对工件进行冷喷涂，所述冷喷涂颗粒包含金属、金属合金、金属陶瓷和金属氧化物中的至少一种。
31.权利要求30所述的工艺，其中，所述冷喷涂颗粒包含催化性材料，该催化性材料选自以下中至少一种：铁、铝、钴、铜、锌、镍、钯、铂、金、银、钌、铱、铑、钛、钒、锆、铌、钽和铬，或者它们的金属合金、金属陶瓷或金属氧化物。
32.权利要求18、19、22、23、26、27或31所述的工艺，包括引起工件旋转同时引起冷喷涂喷嘴沿着基本平行于工件旋转轴线的轴线移动以对该工件的至少一部分进行涂覆。
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