中国粉体网讯 近日，哈工大（威海）张洪涛教授团队成功研制国内首套双换能器超声固相增材制造装备，通过“双换能器+双变幅杆”推挽式结构设计，系统功率达6000-9000瓦，能量传输效率提升50%以上，突破传统单换能器设备的功率限制。该装备采用低温固相连接工艺，利用高频超声振动（20kHz）产生的机械能与摩擦热实现金属箔材逐层固结，加工温度低于材料熔点，避免高温氧化、相变及残余应力问题，尤其适用于铜/铝、铝/钛等异种金属的高质量复合制造。
一、技术背景：固相增材制造的新路径
超声波增材制造技术（UAM）是一种基于高频机械振动与摩擦的固相连接工艺，通过金属箔材的层层固结实现构件成型，无需熔化材料。相较于传统熔化型增材技术，UAM可有效规避高温导致的金属氧化、相变及残余应力问题，尤其适用于异种金属连接（如铜/铝、铝/钛）和功能梯度材料构建，为轻量化、高性能结构件制造开辟新路径。
二、工艺优势：多材料兼容与功能集成
该设备支持铜、铝、钛、镍等金属及异种材料复合增材，成型精度达±0.02mm，可实现功能梯度材料近净成形。其低温特性使热敏感器件（如电子元件、光纤传感器）的无损植入成为可能，为复杂构件制造提供新路径。相较于传统熔焊工艺，该技术材料利用率超95%，且无需模具成型，显著降低复杂结构件的加工难度与成本。
三、应用场景：赋能高端制造领域
航空航天：满足无人机、卫星等轻量化功能材料制备需求，支持钛合金等特种金属的高效加工；
新能源汽车：用于电池热管理部件、轻量化结构件的快速成型，提升制造效率与性能一致性；
光伏产业：开发铜基导电材料与异种金属复合构件，优化光伏组件性能与耐久性。
四、研发历程：十年攻坚实现国产替代
2013年：提出“辅助加热式超声快速成型”概念，建立热-力耦合理论模型
2016年：研制首台单换能器原理样机，突破0.5mm以下薄板连接技术
2018年：确立双换能器推挽式工艺路径，发现双换能器推挽式振动可消除界面残余应力，获国家自然科学基金重点项目支持
2025年：完成工程样机并通过72小时连续运行测试，该技术打破美国在双换能器超声增材领域的技术垄断，形成20项自主知识产权专利。
五、行业意义：引领增材制造新方向
此前全球仅美国EDISON公司掌握双换能器超声增材装备技术，其设备售价超2000万元/台。哈工大装备的国产化将使采购成本下降60%，预计2026年实现年产30台产能。
作为我国首套自主研制的超声固相增材系统，该装备标志着我国在绿色增材制造领域取得突破性进展，为多材料集成制造提供创新解决方案，未来将在国防、能源等战略领域发挥关键作用。
参考来源：
哈工大官网、公众号
（中国粉体网编辑整理/留白）
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