新突破！哈工大成功研制首臺(tái)“雙換能器超聲固相增材裝備”

2025年4月9日，南極熊從科技日?qǐng)?bào)發(fā)布的消息中了解到，哈工大成功研制了首臺(tái)“雙換能器超聲固相增材制造裝備”。

據(jù)悉，這項(xiàng)技術(shù)突破傳統(tǒng)超聲增材設(shè)備的功率限制，在異種金屬連接與功能材料高效構(gòu)建領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大進(jìn)展，為我國(guó)航空航天、新能源裝備等高端制造領(lǐng)域注入新動(dòng)能。

技術(shù)背景：固相增材制造的新路徑

超聲波增材制造技術(shù)（UAM）是一種基于高頻機(jī)械振動(dòng)與摩擦的固相連接工藝，通過(guò)金屬箔材的層層固結(jié)實(shí)現(xiàn)構(gòu)件成型，無(wú)需熔化材料。相較于傳統(tǒng)熔化型增材技術(shù)，UAM可有效規(guī)避高溫導(dǎo)致的金屬氧化、相變及殘余應(yīng)力問(wèn)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(kāi)辟新路徑。

（圖源網(wǎng)絡(luò)）

裝備突破：雙換能器協(xié)同設(shè)計(jì)，功率與效率雙提升

傳統(tǒng)UAM設(shè)備因單換能器結(jié)構(gòu)存在功率不足、連接穩(wěn)定性差等瓶頸，難以滿(mǎn)足大尺寸高強(qiáng)度構(gòu)件需求。美國(guó)在雙換能器超聲增材方面是先行者，國(guó)內(nèi)一直未見(jiàn)實(shí)質(zhì)性突破，張洪濤教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)創(chuàng)新性提出“雙換能器+雙變幅桿”協(xié)同設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)兩大核心突破：

1.大功率輸出：系統(tǒng)功率達(dá)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(zhì)量結(jié)合。

2.推挽式結(jié)構(gòu)控制：通過(guò)雙換能器交替振動(dòng)，增強(qiáng)界面摩擦均勻性，顯著提升異種材料（如銅/鋁）的固結(jié)效果與力學(xué)性能。

另外，該技術(shù)還攻克了諧振系統(tǒng)設(shè)計(jì)、壓頭粗糙度控制等難題，目前已進(jìn)入穩(wěn)定測(cè)試階段，并擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

科研歷程：十年磨一劍，從構(gòu)想到樣機(jī)

自2013年起，張洪濤教授團(tuán)隊(duì)在山東省重大科技創(chuàng)新工程等支持下，逐步推進(jìn)技術(shù)攻關(guān)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(gòu)想；

2017年：授權(quán)“一種金屬箔帶的激光輔助超聲增材制造裝置”專(zhuān)利；

2018年：明確“雙換能器推挽式滾焊固結(jié)”技術(shù)路徑；

2021年：實(shí)現(xiàn)鋁/銅、鋁/鈦等多種異種金屬材料高效連接及界面調(diào)控；

2025年：完成設(shè)備多輪迭代，樣機(jī)通過(guò)工程驗(yàn)證，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化籌備階段。

此期間，團(tuán)隊(duì)依托超聲波增材制造技術(shù)和裝備在《Journal of Materials Research and Technology》等期刊發(fā)表多篇論文，并指導(dǎo)學(xué)生獲第七屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽金獎(jiǎng)（2021年）

應(yīng)用前景：多領(lǐng)域賦能“中國(guó)智造”

該裝備的產(chǎn)業(yè)化將重點(diǎn)服務(wù)于：航空航天：輕量化鈦/鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)件制造；新能源裝備：高導(dǎo)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(kāi)發(fā)等領(lǐng)域。

（圖源網(wǎng)絡(luò)）

張洪濤教授指出，未來(lái)將進(jìn)一步優(yōu)化裝備智能化水平，推動(dòng)其在機(jī)器人、電子芯片、汽車(chē)交通等領(lǐng)域的應(yīng)用，為“綠色制造”提供中國(guó)方案。