中國粉體網(wǎng)訊 近日，哈工大（威海）張洪濤教授團(tuán)隊(duì)成功研制國內(nèi)首套雙換能器超聲固相增材制造裝備，通過“雙換能器+雙變幅桿”推挽式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)功率達(dá)6000-9000瓦，能量傳輸效率提升50%以上，突破傳統(tǒng)單換能器設(shè)備的功率限制。該裝備采用低溫固相連接工藝，利用高頻超聲振動(dòng)（20kHz）產(chǎn)生的機(jī)械能與摩擦熱實(shí)現(xiàn)金屬箔材逐層固結(jié)，加工溫度低于材料熔點(diǎn)，避免高溫氧化、相變及殘余應(yīng)力問題，尤其適用于銅/鋁、鋁/鈦等異種金屬的高質(zhì)量復(fù)合制造。
一、技術(shù)背景：固相增材制造的新路徑
超聲波增材制造技術(shù)（UAM）是一種基于高頻機(jī)械振動(dòng)與摩擦的固相連接工藝，通過金屬箔材的層層固結(jié)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件成型，無需熔化材料。相較于傳統(tǒng)熔化型增材技術(shù)，UAM可有效規(guī)避高溫導(dǎo)致的金屬氧化、相變及殘余應(yīng)力問題，尤其適用于異種金屬連接（如銅/鋁、鋁/鈦）和功能梯度材料構(gòu)建，為輕量化、高性能結(jié)構(gòu)件制造開辟新路徑。
二、工藝優(yōu)勢：多材料兼容與功能集成
該設(shè)備支持銅、鋁、鈦、鎳等金屬及異種材料復(fù)合增材，成型精度達(dá)±0.02mm，可實(shí)現(xiàn)功能梯度材料近凈成形。其低溫特性使熱敏感器件（如電子元件、光纖傳感器）的無損植入成為可能，為復(fù)雜構(gòu)件制造提供新路徑。相較于傳統(tǒng)熔焊工藝，該技術(shù)材料利用率超95%，且無需模具成型，顯著降低復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工難度與成本。
三、應(yīng)用場景：賦能高端制造領(lǐng)域
航空航天：滿足無人機(jī)、衛(wèi)星等輕量化功能材料制備需求，支持鈦合金等特種金屬的高效加工；
新能源汽車：用于電池?zé)峁芾聿考⑤p量化結(jié)構(gòu)件的快速成型，提升制造效率與性能一致性；
光伏產(chǎn)業(yè)：開發(fā)銅基導(dǎo)電材料與異種金屬復(fù)合構(gòu)件，優(yōu)化光伏組件性能與耐久性。
四、研發(fā)歷程：十年攻堅(jiān)實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代
2013年：提出“輔助加熱式超聲快速成型”概念，建立熱-力耦合理論模型
2016年：研制首臺(tái)單換能器原理樣機(jī)，突破0.5mm以下薄板連接技術(shù)
2018年：確立雙換能器推挽式工藝路徑，發(fā)現(xiàn)雙換能器推挽式振動(dòng)可消除界面殘余應(yīng)力，獲國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目支持
2025年：完成工程樣機(jī)并通過72小時(shí)連續(xù)運(yùn)行測試，該技術(shù)打破美國在雙換能器超聲增材領(lǐng)域的技術(shù)壟斷，形成20項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利。
五、行業(yè)意義：引領(lǐng)增材制造新方向
此前全球僅美國EDISON公司掌握雙換能器超聲增材裝備技術(shù)，其設(shè)備售價(jià)超2000萬元/臺(tái)。哈工大裝備的國產(chǎn)化將使采購成本下降60%，預(yù)計(jì)2026年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)30臺(tái)產(chǎn)能。
作為我國首套自主研制的超聲固相增材系統(tǒng)，該裝備標(biāo)志著我國在綠色增材制造領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，為多材料集成制造提供創(chuàng)新解決方案，未來將在國防、能源等戰(zhàn)略領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。
參考來源：
哈工大官網(wǎng)、公眾號(hào)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）
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