航天工程装备(苏州)搅拌摩擦固相增材技术：突破金属增材制造的新路径

在现代工业技术的浪潮中，增材制造技术正以其独特的优势颠覆传统的制造模式，逐步成为航空航天、能源、汽车等领域的重要技术手段。然而，传统金属增材制造技术，如激光粉末床熔融（LPBF）和电子束熔融（EBM），仍面临一些技术瓶颈，如高温熔融导致的残余应力、微裂纹及材料组织粗大化等问题。

作为中国航天科技集团有限公司第八研究院的控股子公司，航天工程装备（苏州）有限公司（以下简称“AEE”）凭借其在搅拌摩擦焊领域的深厚积累和技术创新，将搅拌摩擦焊技术创新性地应用于增材制造领域，开发出搅拌摩擦固相增材技术（AFSD），为金属增材制造开辟了一条全新的道路。

关于AEE

AEE隶属于中国航天科技集团有限公司第八研究院，是上海航天设备制造总厂有限公司的控股子公司，是国家高新技术企业、国家级专精特新“小巨人”企业。公司自2011年成立以来，始终专注于搅拌摩擦焊技术的应用推广和前沿探索。依托“江苏省搅拌摩擦焊工程技术研究中心”和“江苏省企业技术中心”的强大技术实力，AEE在搅拌摩擦焊装备领域承担了多项国家重大专项，创造了多项国内第一，成为国防科工局唯一支持的搅拌摩擦焊装备产业化公司。

AEE的产品和技术广泛应用于航天航空、轨道交通、船舶、电力电子、新能源汽车等国家战略新兴领域，并远销德国、法国、瑞典、美国等国际市场，充分展现了其在全球范围内的竞争力和影响力。公司秉承“客户为本、技术引领、诚实守信、精益求精”的经营理念，不断创新驱动，服务客户，致力于成为全球最具影响力的智能搅拌摩擦焊解决方案提供商。

AEE将亮相在3月17日-19日国家会展中心（上海）7.1&8.1馆举行的TCT Asia 2025亚洲3D打印、增材制造展览会，并展出多功能固相复合増材装备（展位号:7.1馆 7K30）。

技术原理

搅拌摩擦固相增材技术（AFSD）是一种基于固态连接的增材制造工艺，它通过旋转工具对金属材料进行局部塑性变形，并在压力作用下进行层层堆积，实现高致密度的金属结构制造。与传统熔融型增材制造不同，AFSD工艺避免了材料的熔化过程，减少了冶金缺陷，提高了材料的力学性能。

AFSD技术的核心在于搅拌摩擦焊（FSW）原理，即通过高速旋转的工具在金属表面施加局部摩擦热，使金属处于高塑性状态，然后通过机械搅拌作用实现材料的均匀连接。这一过程不仅能够有效避免熔融金属凝固时产生的微裂纹，还能保持材料的细晶组织，提高零件的耐疲劳性能和延展性。

技术优势

相比传统金属增材制造技术，AFSD 具有以下显著优势：

1. 无熔化制造，降低残余应力。AFSD 采用固态堆积方式，使得制造过程始终处于低温塑性变形状态，从根本上避免了传统熔融工艺中因温度梯度大而产生的残余应力问题。这一特性极大地提高了制造零件的尺寸稳定性和服役寿命。

2. 高致密度、无冶金缺陷。由于 AFSD 避免了熔融与凝固过程，材料内部不会出现气孔、偏析、热裂纹等常见冶金缺陷，使得最终零件的致密度接近 100%，机械性能优于传统铸造和焊接零件。

3. 细晶组织，提高力学性能。在摩擦搅拌过程中，材料会经历动态再结晶，形成超细晶组织。研究表明，AFSD 制造的金属零件相比传统熔融增材制造工艺，屈服强度和抗拉强度可提高 10%-30%，且断裂延展率更高，特别适用于高性能结构件的制造。

4. 适用于难加工合金材料。AFSD 技术能够加工多种高性能金属材料，包括铝合金、钛合金、不锈钢、高温合金等，特别适用于传统工艺难以成形的合金，如航空航天领域常用的 2219 铝合金、TC4 钛合金等。这使得 AFSD 在高端制造领域具有广阔的应用前景。

5. 绿色环保、能耗低。AFSD 由于采用固态加工方式，减少了高能激光或电子束的使用，能耗比熔融型增材制造降低 30%-50%。此外，该技术基本无烟尘和有害气体排放，更符合绿色制造的发展趋势。

固相增材制造VS主流熔化增材制造

从上述对比中可以看出，搅拌摩擦固相增材技术在增材效率、可增材材料、增材原料及成本、缺陷控制和构件性能等方面都具有显著的优势，这使得它在高端装备制造领域具有广阔的应用前景。

航天工程装备的搅拌摩擦固相增材设备

航天工程装备针对不同的应用需求，开发了多种型号的搅拌摩擦固相增材设备，包括：

1.     搅拌摩擦固相增材工作站

该工作站是针对高校及科研院所开发的全新固相增材设备，具备全防护钣金护罩，设备结构紧凑，占地面积小，可实现增材过程全参数监控，能够满足广大科研工作者的设备需求。

设备特点：

• 配备高性能电主轴，可进行多类型金属的固相增材制造。
• 增材过程温度、扭矩及压力的在线实时监测。
• 数据采集及可视化。
• 模块化设计。
• 宜人化人机界面。
  

2.     桥式动龙门搅拌摩擦固相增材设备

该设备是公司适应市场需求研制的新产品，设备采用桥式动龙门结构，搭载AEE自主研控制系统，便利功能搭配接口，为客户提供更多选择。

设备特点：

• 全新结构： 设备采用紧凑型桥式动龙门结构，一体式床身，设备占地面积小。设备配备全防护钣金护罩，运动部件均包覆在框架结构内，结构紧凑，安全性高。
• 设备采用双开门防护钣金设计，可以满足市面上通用产线桁架机械手与机械人上下料的需求，适配于各种产线布局。
• 设备搭载自主研制的摩擦增材专用控制系统及软件，操作简洁、功能强大、专业人机界面，轻松交互，可扩展恒压力、智慧数据采集与提取等功能。
• 系统能够实时采集固态制造过程中温度、压力、扭矩、速度、位置等数据，并方便用户对生产过程进行追溯、优化。
  

3.     中大型搅拌摩擦固相增材设备

设备采用龙门式结构设计，配备更大尺寸工作台面，具备更大扭矩主轴，可以实现铝合金、镁合金、铜合金、钛合金、不锈钢等多类型金属的增材制造，同时可扩展全自动送料机构，智慧数据采集系统，可实现中大尺寸构件的增材制造。

设备特点：

• 配备差速式主轴
• 具备力控、温度传感、数字孪生及数模剖分等功能，可实现复杂构件的制造
• 数据采集及可视化
• 模块化设计
• 宜人化人机界面
  

4.     增材核心功能部件——智慧刀柄

智慧刀柄是航天工程装备在搅拌摩擦固相增材技术领域的又一项重要创新。智慧刀柄可实现在线监测加工状态、预测加工质量等功能，加强数字化监测加工信号，实现增材过程状态的智能反馈，工艺参数同步优化，达到智能生产目的。

设备特点：

• 智慧刀柄可以实时测量增材工具端温度、扭矩及压力，采集频率达256Hz。
• 经无线信号传输至接收模块，接收模块同时输出模拟量信号（电流或电压）及数字信号反馈给计算机或工控机进行焊接参数的控制。
  

• 在稳定性和服役寿命方面采取了更先进的设计。
  

智慧刀柄的推出，打破了美国、日本的垄断，为我国搅拌摩擦焊接及增材的智能化提供了有力的手段。

应用前景与行业影响

AFSD 技术的成功应用，使得金属增材制造在多个领域展现出广阔的市场潜力，特别是在航空航天、新能源汽车、轨道交通和电力电子领域：

• 航空航天领域：主要用于船舶上宽幅长型材铝合金产品的在线搅拌摩擦焊接及焊后处理。设备集成输送线和自动化工装，满足型材上料与转运、装夹与检测、在线焊接及焊后定长锯切等流水线生产功能，大幅度降低用户的生产成本，提高生产效率。
• 新能源汽车领域：在进行汽车轻量化的进程中，铝合金材料的应用显得尤为出众，除了汽车车身、底盘上应用外汽车的电机、电控、以及动力电池部件上铝合金的应用也较为广泛，相关的铝合金加工设备需求也随之产生。对于汽车铝合金零件的加工，除了常规的加工设备外，针对不同的工艺需求所需要的设备也不同，比如针对铝合金焊接的搅拌摩擦焊设备。
• 轨道交通领域：在轨道交通领域，车辆轻量化已经是发展的趋势，也逐渐成为发展的主流方向。轨道车体采用搅拌摩擦焊应用的主要包括:高速列车铝合金车体、LNG运输罐、货运车体、城际列车、磁悬浮列车、车载集装箱箱体等。
• 电力电子领域：随着雷达技术的不断发展，固态发射机中功放组件的高组装密度和高发热量，使功放组件的热流密度越来越大，传统强迫风冷不能满足散热要求。液冷冷板有散热效率高、温度梯度小、热分布均匀和结构紧凑等显著优点，是目前固态功放组件冷却的一种主要方式。
  

结语

航天工程装备(苏州)有限公司的搅拌摩擦固相增材技术，以其独特的固态制造方式，成功解决了传统金属增材制造的诸多技术瓶颈，为高性能金属零件制造提供了全新的解决方案。未来，随着该技术的进一步发展和应用推广，AFSD 有望成为金属增材制造领域的重要突破口，为航空航天、高端装备制造等行业带来革命性的变革。