国内首套大功率推挽式超声固相增材制造装备面世

3月31日，AM易道从中国科技网报道的哈尔滨工业大学（威海）获悉，该校研制出国内首台大功率推挽式超声固相增材制造装备。

该装备国内首次通过两侧施加双换能器实现6000瓦以上的输出功率，相比传统单换能器可适合更厚箔片的大面积堆叠累积增材，可以满足铜、铝、镍、钛等多种金属材料的固相固结增材。

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。

AM易道解释下，超声波增材制造（UAM）作为一种固相增材制造技术，加工温度远低于材料熔点，能够避免熔化过程中产生的材料相变和残余应力问题；

其次，它特别适合异种金属连接，如铝-钛、铝-铜等难以通过传统熔焊方式连接的材料组合；

第三，低温工艺特性使其能够实现电子元件、光纤传感器等功能组件的无损植入。

从全球范围看，UAM技术最初由美国Dawn White于1999年发明，并通过Solidica公司商业化。

后来与Edison Welding Institute合作发展为「高功率超声波增材制造」技术，并于2011年成立Fabrisonic公司推广该技术。

美国目前在该领域处于先行者地位，哈工大威海团队的这一突破对于我国在高端增材制造装备领域的技术自主可控具有重要意义。

UAM技术的特点在于，基于金属超声波焊接的超声增材制造技术是在连续的超声波振动压力下，金属箔层间产生高频率的摩擦。

而在摩擦过程中金属表面覆盖的氧化物和污染物被剥离，露出纯金属，在外加压力作用下通过超声波的能量将纯净金属材料软化填充至已焊接完毕的金属箔片的表面，在这个过程中，两片金属箔片表面实现原子间结合提高焊接面的强度，而后周而复始，层层叠加，最终成型。

固相连接是一种在固态下实现材料连接的技术，其特点是不需要熔化材料，而是通过原子间的扩散、塑性变形或机械作用实现连接。

据中国科技网采访，哈尔滨工业大学（威海）教授张洪涛表示，超声波增材制造是一种基于固相连接的绿色增材制造技术，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，与传统熔焊增材工艺相比：

其加工温度低，结合界面可以避免脆性化合物的过度生成，同时也可以避免材料高温氧化、相变及残余应力等附加问题，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使用单侧换能器，因换能器功率不足且难以长时间连续作业，无法满足大尺寸、大面积及高强度金属构件的制造需求。

据中国科技网介绍，在山东省重大科技创新工程项目、山东船舶技术研究院和威海万丰镁业科技发展有限公司等支持下，张洪涛团队从2018年开始进行双侧施加振动实现推—拉结合的超声振动滚焊头的设计与优化；

同时，该团队通过谐振模拟、压头粗糙度改善及辅助加工平台开发等工作不断打造完善整体装备，最终研制成功具有完全自主知识产权的增材制造装备，目前样机已进入测试阶段。