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新突破!哈工大成功研制首臺“雙換能器超聲固相增材裝備”

時間:2025-04-09 11:03 來源:南極熊 作者:admin 閱讀:

      2025年4月9日,從科技日報發布的消息中了解到,哈工大成功研制了首臺“雙換能器超聲固相增材制造裝備”。據悉,這項技術突破傳統超聲增材設備的功率限制,在異種金屬連接與功能材料高效構建領域實現重大進展,為我國航空航天、新能源裝備等高端制造領域注入新動能。
 



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實現構件成型,無需熔化材料。相較于傳統熔化型增材技術,UAM可有效規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)和功能梯度材料構建,為輕量化、高性能結構件制造開辟新路徑。

 

(圖源網絡)


裝備突破:雙換能器協同設計,功率與效率雙提升
傳統UAM設備因單換能器結構存在功率不足、連接穩定性差等瓶頸,難以滿足大尺寸高強度構件需求。美國在雙換能器超聲增材方面是先行者,國內一直未見實質性突破,張洪濤教授團隊在國內創新性提出“雙換能器+雙變幅桿”協同設計方案,實現兩大核心突破:
1.大功率輸出:系統功率達6000~9000瓦,能量傳輸效率提升50%以上,可支持銅、鋁、鈦、鎳等多種金屬的高質量結合。
2.推挽式結構控制:通過雙換能器交替振動,增強界面摩擦均勻性,顯著提升異種材料(如銅/鋁)的固結效果與力學性能。
另外,該技術還攻克了諧振系統設計、壓頭粗糙度控制等難題,目前已進入穩定測試階段,并擁有完全自主知識產權。

 


科研歷程:十年磨一劍,從構想到樣機
自2013年起,張洪濤教授團隊在山東省重大科技創新工程等支持下,逐步推進技術攻關和裝備制造:
2013年:提出“輔助加熱式超聲快速成型方法及裝置”構想;
2017年:授權“一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置”專利;
2018年:明確“雙換能器推挽式滾焊固結”技術路徑;
2021年:實現鋁/銅、鋁/鈦等多種異種金屬材料高效連接及界面調控;
2025年:完成設備多輪迭代,樣機通過工程驗證,進入產業化籌備階段。
      此期間,團隊依托超聲波增材制造技術和裝備在《Journal of Materials Research and Technology》等期刊發表多篇論文,并指導學生獲第七屆中國國際“互聯網+”大賽金獎(2021年)
應用前景:多領域賦能“中國智造”
       該裝備的產業化將重點服務于:航空航天:輕量化鈦/鋁復合結構件制造;新能源裝備:高導熱銅/鋁電池散熱組件高效成型;精密器件:功能梯度材料(如形狀記憶合金)定制化開發等領域。

 

(圖源網絡)

張洪濤教授指出,未來將進一步優化裝備智能化水平,推動其在機器人、電子芯片、汽車交通等領域的應用,為“綠色制造”提供中國方案。

(責任編輯:admin)

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