冷喷涂作为一种涂层技术,在航空航天、汽车、新能源等领域得到重要应用。近年来,冷喷涂技术已经从涂层技术向增材制造技术迈进。与传统的增材制造工艺相比,冷喷涂增材制造（Cold Spray Additive Manufacturing,CSAM）的加工温度相对较低,生产时间更短,产品尺寸不受限制,灵活性高,可用于零件修复,且特别适用于铜、铝等高反射率的金属。然而,冷喷涂沉积涂层通常具有粗糙、起伏和多孔的表面,而且尺寸精度低。这使得通过研究工艺参数的影响机制来获取系统参数的调控依据,以此提高冷喷涂沉积体表面的均匀性具有重要意义。因此,本文对冷喷涂增材制造中的气固两相流、颗粒沉积、涂层轮廓影响机制等关键问题及机器人冷喷涂系统进行研究。首先,通过ANSYS FLUENT软件对冷喷涂气固两相流行为进行数值模拟,建立拉瓦尔喷管的二维物理模型,在考虑送粉气流的基础上,分析喷涂温度、喷涂压力以及喷涂距离对喷管内外气体流动特性以及颗粒加速性能的影响。同时,分析颗粒自身因素对颗粒速度的影响。研究发现,气体和颗粒的速度随着喷涂温度和喷涂压力的增加而增加,增加温度比增加压力的影响更显著。此外,颗粒速度也会随着分子量的减小而增加。喷涂距离的变化会导致喷管外激波的分布产生改变,影响对颗粒加速及减速的作用时间和效果。本章的研究可为实验中温度、压力、距离以及颗粒的选择提供参考。其次,通过ANSYSLS-DYNA软件对冷喷涂的颗粒沉积过程进行模拟,建立单颗粒撞击基板的三维轴对称物理模型,分析颗粒及基板材料特性、颗粒碰撞速度和颗粒碰撞角度对沉积效果及塑性变形等的影响,对冷喷涂颗粒沉积过程粒子和基体的变形行为进行分析。结果表明,不同的颗粒和基板材料会显著影响二者的结合效果;颗粒碰撞速度是粒子能否成功沉积的关键参数;碰撞角度的减小会使涂层的沉积效率降低。本章的研究为后续实验中颗粒和基板材料的确定、喷涂角度的进一步研究提供重要指导。然后,利用高斯模型建立冷喷涂涂层厚度数学模型,通过MATLAB软件对涂层厚度进行模拟,分析喷涂扫掠速度、喷涂扫描间距对涂层轮廓的影响。结果表明,喷涂扫掠速度以及喷涂扫描间距均会涂层厚度、表面粗糙度等产生影响,合理选择速度和间距会显著改善涂层的均匀性,这为后续相关实验研究提供参考,减少冷喷涂实验的盲目性。最后,在上述模拟分析的基础上,先搭建机器人冷喷涂系统,对其构成、工作原理及控制方案进行分析,再根据需求制定实验方案,进行一系列冷喷涂实验,进一步研究喷涂运动学参数对涂层沉积效率、表面均匀性及力学性能的影响。本章研究验证了上述有关结论的正确性,有助于冷喷涂更好地应用于增材制造领域。