国内首套双换能器超声固相增材制造装备研制成功

每日科技头条讯：4 月 20 日消息，据哈尔滨工业大学威海校区消息，该校威海校区材料科学与工程学院张洪涛教授团队成功研制出国内首套双换能器超声固相增材制造装备，可实现 6000 瓦 —9000 瓦双头输出功率，满足铜、铝、镍、钛等多种功能材料及梯度材料的制备需求。

该装备同时还可实现铜 / 铝、铝 / 钛等异质材料的高质量复合增材制造，为轻量化功能材料制备、热敏感器件无损植入等领域开辟了新的工艺路径，未来可为我国航空航天、新能源汽车、光伏产业以及无人机技术等领域提供绿色特种功能材料的快速制备新工艺。

据介绍，超声波增材制造（Ultrasonic Additive Manufacturing, UAM）是一种基于固相连接的先进制造技术，通过高频超声振动产生的机械能和热能实现金属箔材的逐层固结，与传统熔焊工艺相比，其加工温度低，可避免材料高温氧化、相变及残余应力等问题，尤其适用于异种金属连接和功能梯度材料制备。然而，传统超声波增材设备因单侧换能器功率不足，难以满足大尺寸、高强度金属构件的制造需求。

研究团队 2013 年首次提出“辅助加热式超声快速成型方法及装置”思想，2018 年在系统实验的基础上提出了“一种大功率推挽式超声滚焊固结-增材制造装置工艺路径实现方案”，并且逐步开展装备迭代，最终实现了实现双侧双换能器增材固结的设计方案：通过同轴连接的双换能器与双变幅杆协同作用，在滚焊压头两侧形成推挽联合控制结构，显著提升了能量输出效率和工艺稳定性。

从哈尔滨工业大学威海校区获悉，团队还通过谐振模拟、压头粗糙度改善及辅助平台开发等工作不断打造完善整体装备。该装备具有完全自主知识产权，目前样机已进入测试阶段。