中國粉體網(wǎng)訊  近日，哈工大（威海）張洪濤教授團隊成功研制國內(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)設計，系統(tǒng)功率達6000-9000瓦，能量傳輸效率提升50%以上，突破傳統(tǒng)單換能器設備的功率限制‌。該裝備采用‌低溫固相連接工藝‌，利用高頻超聲振動（20kHz）產(chǎn)生的機械能與摩擦熱實現(xiàn)金屬箔材逐層固結(jié)，加工溫度低于材料熔點，避免高溫氧化、相變及殘余應力問題，尤其適用于銅/鋁、鋁/鈦等異種金屬的高質(zhì)量復合制造‌。

一、技術背景：固相增材制造的新路徑

超聲波增材制造技術（UAM）是一種基于高頻機械振動與摩擦的固相連接工藝，通過金屬箔材的層層固結(jié)實現(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，UAM可有效規(guī)避高溫導致的金屬氧化、相變及殘余應力問題，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

該設備支持銅、鋁、鈦、鎳等金屬及異種材料復合增材，成型精度達‌±0.02mm‌，可實現(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，為復雜構(gòu)件制造提供新路徑‌。相較于傳統(tǒng)熔焊工藝，該技術材料利用率超95%，且無需模具成型，顯著降低復雜結(jié)構(gòu)件的加工難度與成本‌。

三、應用場景：賦能高端制造領域

航空航天‌：滿足無人機、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‌：用于電池熱管理部件、輕量化結(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)銅基導電材料與異種金屬復合構(gòu)件，優(yōu)化光伏組件性能與耐久性‌。

四、研發(fā)歷程：十年攻堅實現(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‌：研制首臺單換能器原理樣機，突破0.5mm以下薄板連接技術

‌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可消除界面殘余應力，獲國家自然科學基金重點項目支持

‌2025年‌：完成工程樣機并通過72小時連續(xù)運行測試，該技術打破美國在雙換能器超聲增材領域的技術壟斷，形成20項自主知識產(chǎn)權專利‌。

五、行業(yè)意義：引領增材制造新方向

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此前全球僅美國EDISON公司掌握雙換能器超聲增材裝備技術，其設備售價超2000萬元/臺。哈工大裝備的國產(chǎn)化將使采購成本下降60%，預計2026年實現(xiàn)年產(chǎn)30臺產(chǎn)能。

作為我國首套自主研制的超聲固相增材系統(tǒng)，該裝備標志著我國在‌綠色增材制造‌領域取得突破性進展，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)略領域發(fā)揮關鍵作用‌。

參考來源：

哈工大官網(wǎng)、公眾號

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/留白）

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