哈尔滨工业大学材料团队成功研制超声金属增材装备

近日，哈尔滨工业大学官宣重大成果：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。这一“国内首套”的诞生，不禁令人追溯该技术的全球发展脉络——原来早在十年前，美国Fabrisonic公司便已深耕超声增材技术路线，并率先将设备推向工程化应用。

超声固相增材制造技术凭借独特优势，成为解决多材料产品加工难题的“利器”，尤其在满足电磁功能零部件等高端产品需求上表现*。然而，相较于广为人知的选择性激光熔化技术（SLM），该技术市场需求相对小众，导致全球范围内投身此领域的研发团队寥寥无几。此前，该技术长期处于美国垄断状态，相关设备与产品仅服务于美国本土需求。

但小众需求不代表国内无需。在航空航天、电子信息等领域，我国对多材料零部件的需求迫切。哈工大团队此次成功研制装备，不仅填补了国内技术*，更打破美国长期的技术封锁。尽管与国外技术起步时间相差十余年，可回顾SLM技术从国外引进到国内市场化的历程，我们有理由相信：从0到1的关键一步既已跨越，未来技术向市场的转化升级，必将为我国高端制造领域带来新的发展契机。

哈尔滨工业大学材料科学与工程学院张洪涛团队成功研制国内首台双换能器超声固相增材制造装备，可实现6000-9000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，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。

超声波增材制造（UltrasonicAdditiveManufacturing,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。

在山东省重大科技创新工程项目、山东船舶技术研究院、威海万丰镁业及省内其他企业资助和支持下，研究团队2013年*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，*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。同时，团队通过谐振模拟、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。

张洪涛团队长期致力于多能场电弧焊接与固相增材技术研究，先后提出“表面瞬时液膜”促润理论、异种金属“激光-超声联合调控”界面优化方法，成功研制我国首台水下200米半自动湿法焊接装备、磁控等离子-MIG复合焊接系统等。8年来团队专注于聚焦超声波增材制造装备与工艺研究，在JournalofMaterialsResearchandTechnology、MaterialsLetters等行业高水平杂志发表多篇论文，同时该技术也支持校区学生团队获得第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖（2021）。