新突破！哈工大成功研制首台“双换能器超声固相增材装备”

2025年4月9日，南极熊从科技日报发布的消息中了解到，哈工大成功研制了首台“双换能器超声固相增材制造装备”。

据悉，这项技术突破传统超声增材设备的功率限制，在异种金属连接与功能材料高效构建领域实现重大进展，为我国航空航天、新能源装备等高端制造领域注入新动能。

技术背景：固相增材制造的新路径

超声波增材制造技术（UAM）是一种基于高频机械振动与摩擦的固相连接工艺，通过金属箔材的层层固结实现构件成型，无需熔化材料。相较于传统熔化型增材技术，UAM可有效规避高温导致的金属氧化、相变及残余应力问题，尤其适用于异种金属连接（如铜/铝、铝/钛）和功能梯度材料构建，为轻量化、高性能结构件制造开辟新路径。

（图源网络）

装备突破：双换能器协同设计，功率与效率双提升

传统UAM设备因单换能器结构存在功率不足、连接稳定性差等瓶颈，难以满足大尺寸高强度构件需求。美国在双换能器超声增材方面是先行者，国内一直未见实质性突破，张洪涛教授团队在国内创新性提出“双换能器+双变幅杆”协同设计方案，实现两大核心突破：

1.大功率输出：系统功率达6000～9000瓦，能量传输效率提升50%以上，可支持铜、铝、钛、镍等多种金属的高质量结合。

2.推挽式结构控制：通过双换能器交替振动，增强界面摩擦均匀性，显著提升异种材料（如铜/铝）的固结效果与力学性能。

另外，该技术还攻克了谐振系统设计、压头粗糙度控制等难题，目前已进入稳定测试阶段，并拥有完全自主知识产权。

科研历程：十年磨一剑，从构想到样机

自2013年起，张洪涛教授团队在山东省重大科技创新工程等支持下，逐步推进技术攻关和装备制造：

2013年：提出“辅助加热式超声快速成型方法及装置”构想；

2017年：授权“一种金属箔带的激光辅助超声增材制造装置”专利；

2018年：明确“双换能器推挽式滚焊固结”技术路径；

2021年：实现铝/铜、铝/钛等多种异种金属材料高效连接及界面调控；

2025年：完成设备多轮迭代，样机通过工程验证，进入产业化筹备阶段。

此期间，团队依托超声波增材制造技术和装备在《Journal of Materials Research and Technology》等期刊发表多篇论文，并指导学生获第七届中国国际“互联网+”大赛金奖（2021年）

应用前景：多领域赋能“中国智造”

该装备的产业化将重点服务于：航空航天：轻量化钛/铝复合结构件制造；新能源装备：高导热铜/铝电池散热组件高效成型；精密器件：功能梯度材料（如形状记忆合金）定制化开发等领域。

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张洪涛教授指出，未来将进一步优化装备智能化水平，推动其在机器人、电子芯片、汽车交通等领域的应用，为“绿色制造”提供中国方案。