麻省大学阿默斯特分校（UMass）与麻省理工学院（MIT）机械工程系联合开展全国首例冷喷涂3D打印桥梁修复试点，在马萨诸塞州“大桥”上完成概念验证。该技术通过高速喷射金属粉末层层堆积，修复受腐蚀钢梁厚度和强度，具有低成本、施工快、对交通影响小等优势。团队结合3D激光雷达扫描精准定位腐蚀区域，实现更高效的桥梁维护。此举为解决美国老化桥梁危机提供新思路。
麻省大学与MIT利用冷喷涂修复马萨诸塞州老化桥梁
美国马萨诸塞大学阿默斯特分校（UMass）的研究人员，与麻省理工学院（MIT）机械工程系合作，将冷喷涂技术应用于修复位于大巴灵顿、建于1949年的“布朗桥”（Brown Bridge）的劣化部分。该项目标志着这一方法首次被用于桥梁基础设施的修复，旨在评估其作为一种比传统修复方法更快速、更具成本效益、并且对交通干扰更小的替代方案的可行性。
“现在我们已经完成了这一概念验证修复，我们看到了一个清晰的解决路径，它更快、更便宜、更简单，也更不具侵入性。”马萨诸塞大学阿默斯特分校土木与环境工程副教授西莫斯·格拉西米迪斯（Simos Gerasimidis）表示。“据我们所知，这是第一次。当然，还需要进行一些研发，但这是一个巨大的里程碑。”他补充道。
该试点项目同样与马萨诸塞州交通部（MassDOT）、马萨诸塞州技术合作组织（MassTech）、美国交通部和联邦公路管理局合作完成。马萨诸塞州制造业创新计划提供了演示所需的关键设备。
马萨诸塞大学阿默斯特分校和麻省理工学院机械工程系的研究团队成员，由西莫斯·格拉西米迪斯（左，站立）领导。图片来源：UMass Amherst。
用冷喷涂技术应对美国的桥梁危机
根据《2025年美国基础设施报告卡》，全美近一半的桥梁处于“中等”状态，而有6.8%被归类为“差”状态。在马萨诸塞州，约9%的5295座桥梁被认为结构有缺陷。恢复这些基础设施的成本预计将超过1900亿美元——远超当前的资金水平。
冷喷涂方法是将金属粉末颗粒以高速喷射到钢梁表面。多次喷射会逐层堆积，从而帮助恢复钢梁的厚度和结构完整性。这种方法已被成功应用于修复潜艇、飞机和船舶等大型结构，但这次是首次应用于桥梁。
冷喷涂的一大优势在于，它能在对交通影响最小的情况下部署。“每次你在桥梁上进行维修时，都必须封闭交通，必须进行长时间的交通管制。”格拉西米迪斯解释道。“而这项技术将允许我们在实际桥梁上施工的同时，车辆依然可以通行。”
为了提高精度，研究团队将3D激光雷达（LiDAR）扫描技术融入该过程。与视觉检查不同，后者可能具有主观性且耗时，而激光雷达能够生成高分辨率的数字模型，精确定位腐蚀区域。这使得团队能够制定有针对性的修复方案，仅在需要的地方沉积材料——从而减少浪费，并有可能延长桥梁的使用寿命。
下一步：测试冷喷涂修复的效果
该桥计划在未来几年内拆除。届时，研究人员将回收修复过的部分以进行进一步分析。他们计划评估冷喷涂钢材在真实环境条件下的耐久性、抗腐蚀性和机械性能，并将其与实验室测试的结果进行对比。
“这是一次非凡的合作，将最前沿的技术应用于联邦和全美范围内的关键基础设施需求。”麻省理工学院机械工程系1922届教授约翰·哈特（John Hart）表示。“我认为我们仅仅处在桥梁检测、修复和维护数字化转型的起点，这在许多其他重要应用场景中同样适用。”
基础设施修复中的3D打印
除了冷喷涂技术之外，其他创新性的3D打印方法也正在出现，以应对建设和修复中的挑战。例如，伦敦大学学院（UCL）的研究人员开发了一种专门用于修复道路裂缝和坑洞的沥青3D打印机。“3D打印沥青的材料性能是可调节的，再加上打印平台的灵活性和高效性，这一技术为基础设施维护提供了一种极具吸引力的新设计方法。”UCL团队解释道。
类似地，2018年，来自威尔士的国际结构工程公司 Cintec 为特立尼达和多巴哥共和国的历史性政府大楼“红屋”（Red House）的修复做出贡献。该项目由Cintec北美分部管理，标志着牺牲性结构中首次使用增材制造。它还安装了被称为有史以来最长的加固锚固件——长度达到令人印象深刻的36.52米。
