曝光：固相增材制造技术，陕西智拓1200吨位

在2017中国（西安）国际增材制造博览会暨技术高峰论坛（简称2017CAME）展会上，南极熊发现了一项3D打印新技术——固相增材制造技术，该技术由陕西智拓固相增材制造技术有限公司研发，目前，该公司正在研制一台大温区（800 × 800 × 1200 mm3）、大吨位（1200t）、多轴、多缸加压的真空扩散焊设备，该设备将弥补国内大型精密结构件固相增材制造技术的空白。

固相增材制造技术
“陕西智拓”设计研制了四代具备自主知识产权的真空扩散焊设备用于固相增材制造。这四代设备的设计工作温度1250 ~ 1500 °C；其结构由单轴、单缸加压，发展到4轴、4缸加压，加压吨位也从最初的12吨发展到600吨；均温区尺寸涵盖了300 × 300 × 300 mm3 ~ 600 × 600 × 600 mm3。不仅能够满足研究的需要，而且能够满足600 × 600 mm2以下的冷板、微流道集成高压换热器等大尺寸结构开发和批量焊接制造。目前，“陕西智拓”正在研制一台大温区（800 × 800 × 1200 mm3）、大吨位（1200t）、多轴、多缸加压的真空扩散焊设备，该设备将弥补国内大型精密结构件固相增材制造技术的空白。

固相增材制造技术的基本特点

结构尺寸更精密

力学性能更优异

成型材料更广泛

更适于工业化批量生产

材料的焊接性研究
在材料焊接性上开展了广泛、深入的研究，已经开展的同质和异质材料研究涉及到以下7个系列：
（1）钢铁材料，有高强钢、模具钢、不锈钢等。
（2）高温合金，有固溶强化高温合金、沉淀强化高温合金、铁镍合金等。
（3）钛合金，有工业纯钛、双相钛合金等。
（4）铜合金，有无氧铜、黄铜、镍白铜、锡青铜等。
（5）铝合金，有1系列纯铝、2系列硬铝、5系列防锈铝、6系列锻铝、7系列高强铝合金等。
（6）其它合金，有钼合金、铌合金、银镍合金、镁合金等。
（7）陶瓷、非金属，有C/C复合材料、氧化铝陶瓷、玻璃、单晶硅、石墨等。      
该公司所研究的材料体系及其焊接性配伍，这些材料涵盖了目前技术市场上冷板、微流道集成换热器、5G天线、随形冷却模具等绝大多数固相增材制造产品，也为海上浮动核电站高压换热器、航空叶片等未来多个先进结构的制造、应用做好了技术储备。

在材料焊接性研究基础上，开发、获得了以下6大类工艺设计与控制技术：
（1）焊前处理与清洗技术；
（2）中间层材料、结构设计技术；
（3）微流道屈曲变形控制技术；
（4）300mm以上大尺寸工件温控与变形控制技术；
（5）焊接质量在线监测控制技术；
（6）冷板、热沉、热管设计技术。
这些工艺成果为多种材料、结构产品的开发、制造提供了技术保障，也为产品的质量控制提供了理论支撑。

扩散焊技术简介
扩散焊是一种固态连接方法，是在一定温度和压力下，使待焊表面发生微小的塑性变形实现大面积的紧密接触，并经一定时间的保温，通过接触面间原子的互扩散及界面迁移从而实现零件的冶金结合。扩散焊大致可分为三个阶段：
第一阶段为初始塑性变形阶段。在高温和压力下，粗糙表面的微观凸起首先接触，并发生塑性变形，实际接触面积大大增加，并伴随表面附着层和氧化膜的破碎，使界面实现紧密接触，形成大量金属键，为原子的扩散提供条件。
第二阶段为界面原子的互扩散和迁移。在连接温度下，原子处于较高的激活状态，待焊表面变形形成的大量空位、位错和晶格畸变等缺陷，使得原子扩散系数大大增加。此外，此阶段还伴随着再结晶的发生，以实现更加牢固的冶金结合和界面孔洞的收缩及消失。
第三阶段为界面及孔洞的消失。该阶段原子继续扩散，最终使原始界面和孔洞完全消失，达到良好的冶金结合。

其优点可归纳为以下几点：
(1)   接头性能优异。扩散焊接头强度高，真空密封性好，质量稳定。对于同质材料，焊接接头的微观组织及性能与母材相似，且母材在焊后其物理、化学性能基本不发生改变。
(2)   焊接变形小。扩散连接是一种固相连接技术，焊接过程中没有金属的熔化和凝固，且所施加的压力一般较低，能很好的抑制宏观变形的产生，保证零件的高精度尺寸和几何形状。
(3)   可连接其它方法难以焊接的材料，比如低塑性或高熔点的同质材料，容易产生金属间化合物的异质材料，或者是金属与非金属等，扩散连接都具有很大的优势。
(4)   可实现大面积连接。对于大尺寸截面，扩散连接时压力均匀分布于整个界面上，实现其良好接触，从而达到有效连接。
(5)   焊接过程安全、整洁、无污染，整个焊接过程没有飞溅、辐射等有害物质，且焊接过程易于实现自动化控制。

扩散焊专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的扩散焊领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，扩散焊专家系统是一个具有大量的专业知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据扩散焊领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题。扩散焊专家系统通常由人机交互界面、知识库、推理机、解释器、综合数据库、知识获取等6个部分构成。

陕西智拓扩散焊专家系统的建立是基于长期收集在技术研发和工业生产中的大量专业知识和生产经验数据，如：焊接材料、物性参数、焊前状态、结构尺寸、界面数量、焊前清理工艺、焊接工艺参数、焊后变形量、焊后组织成分分析和力学性能等。

公司简介

陕西智拓固相增材制造技术有限公司坐落在陕西省渭南高新技术开发区，是国内唯一一家扩散焊高技术企业，集装备研制、工艺创新和产品开发为一体。公司以归国博士为核心，以“985”高校博硕士毕业生为骨干、以西北工业大学特聘专家为顾问构建高层次人才团队。

“陕西智拓”聚焦制造技术国际前沿，以“2025智能制造、绿色制造、中国制造”为指引方向，专注于集成、高效、复杂结构零件的扩散焊技术的开发、孵化、推广。目前公司已为航空、航天、航海、轨道交通、新能源汽车、核能、太阳能热电、火电、石油化工、电子信息、注塑模具、仪器仪表等诸多领域提供关键技术和产品。

有网友评论说，
在增材制造领域，这类“将切割或裁剪好的薄片叠加以产生立体结构”的方法在很多年前就有(甚至100多年前将纸板叠加以制造三维结构的美国专利)，比如基于超声焊接的金属三维打印。这类方法的前期工序繁杂，比如准备和裁剪大量的金属薄板、堆叠金属薄板，并且在制造复杂结构方面也有难度。但是，本报道的方法产生的金属部件强度高、应力极小(整体超高温加工)、能制造大型部件，在一些领域很有价值(例如大型航空部件)


这家公司今年以陕西赛区第一名入围中国创新创业大赛先进制造组总决赛，并荣获全国第三名，势头很猛，未来市场前景很好！