哈爾濱工業(yè)大學(xué)威海校區(qū)材料科學(xué)與工程學(xué)院傳來振奮人心的消息，張洪濤教授帶領(lǐng)的團隊在超聲波增材制造領(lǐng)域取得了重大突破。他們成功研制出國內(nèi)首臺雙換能器超聲固相增材制造設(shè)備，這一創(chuàng)新成果不僅標志著我國在高端制造裝備領(lǐng)域的又一次飛躍，更為未來多個關(guān)鍵行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。
該設(shè)備最引人矚目的特點是其強大的輸出功率，能夠在6000瓦至9000瓦的范圍內(nèi)靈活調(diào)整，實現(xiàn)雙頭同時工作。這一設(shè)計滿足了多種功能材料及梯度材料的制備需求，包括銅、鋁、鎳、鈦等金屬材料，以及銅/鋁、鋁/鈦等異質(zhì)材料的復(fù)合增材制造。這意味著，該設(shè)備在輕量化功能材料制備、熱敏感器件無損植入等領(lǐng)域，將發(fā)揮重要作用，為航空航天、新能源汽車、光伏產(chǎn)業(yè)及無人機技術(shù)等前沿領(lǐng)域提供綠色、高效的特種功能材料制備方案。
超聲波增材制造（UAM）技術(shù)，作為一種基于固相連接的先進制造技術(shù)，通過高頻超聲振動產(chǎn)生的機械能和熱能，實現(xiàn)金屬箔材的逐層固結(jié)。相較于傳統(tǒng)的熔焊工藝，UAM的加工溫度更低，能夠有效避免材料因高溫而產(chǎn)生的氧化、相變及殘余應(yīng)力等問題，因此在異種金屬連接和功能梯度材料制備方面具有顯著優(yōu)勢。然而，傳統(tǒng)超聲波增材設(shè)備受限于單側(cè)換能器的功率不足，難以勝任大尺寸、高強度金屬構(gòu)件的制造任務(wù)。
張洪濤教授團隊針對這一難題，自2013年起便開始了深入研究。他們首先提出了“輔助加熱式超聲快速成型方法及裝置”的構(gòu)想，并在隨后的系統(tǒng)實驗中不斷完善。2018年，團隊提出了“大功率推挽式超聲滾焊固結(jié)-增材制造裝置工藝路徑實現(xiàn)方案”，并開始了裝備的迭代升級。經(jīng)過不懈努力，團隊最終實現(xiàn)了雙側(cè)雙換能器增材固結(jié)的設(shè)計方案。這一方案通過同軸連接的雙換能器與雙變幅桿的協(xié)同作用，在滾焊壓頭兩側(cè)形成推挽聯(lián)合控制結(jié)構(gòu)，顯著提升了能量輸出效率和工藝穩(wěn)定性。
為了進一步完善整體裝備，團隊還進行了諧振模擬、壓頭粗糙度改善及輔助平臺開發(fā)等一系列工作。目前，該設(shè)備已具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)，樣機正處于緊張的測試階段。這一創(chuàng)新成果的誕生，不僅填補了國內(nèi)在高端超聲固相增材制造裝備領(lǐng)域的空白，更為我國制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展提供了有力支撐。
