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增材制造

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解析:超声波增材制造技术

导读: 近年国外发展起一套新的超声波增材制造技术,它采用大功率超声能量,以金属箔材作为原材料,利用金属层与层之间振动摩擦产生的热量,促进界面间金属原子相互扩散并形成界面固态物理冶金结合,从而实现金属带材逐层叠加的增材制造成形。

    3、功能/智能材料
    利用超声波增材制造技术已经成功地在金属基体中埋入光导纤维、多功能元器件等,从而制造出金属基功能/ 智能复合材料。在金属基体中直接植入电子元器件等能够在很大程度上提高元器件的精密度,并简化结构,提高空间利用率。同时,超声波增材制造过程中进行的局部低温固态物理冶金反应,避免了高能束成形制造时导致植入元器件的失效和增强体性能的劣化问题。试验表明,采用优化的超声波增材制造技术,在铝合金叠层中埋入的光纤没有出现明显的变形和破坏,保持了原有的性能。图6 所示为铝基体中使用超声波增材制造方法嵌入光纤材料的功能材料。

解析:超声波增材制造技术

    4、金属蜂窝夹芯板结构
    超声波增材制造技术的另一个应用是金属蜂窝夹芯板的制造。众所周知,目前航空航天领域对于新一代的超轻高强材料的需求迫切,复合材料虽然能够在一定程度上满足这些需求但还不够完美,利用超声波增材制造技术能够制造出新一代轻质金属蜂窝夹芯板结构材料,中空蜂窝骨架结构的支撑及表层金属共同构成的三明治夹心结构优化了强度和密度比,使其拥有优异的力学性能和轻质特性。图7 所示为超声波增材制造技术制备出的金属蜂窝夹芯板。

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    5、金属叠层零部件制造
    由于超声波增材制造技术能够制造出内腔复杂、精确的叠层结构,所以近年来在金属零部件制造领域中的应用前景渐显。逐层制造的特点使得很容易设计并制造出独特的内部结构,可应用于精密电子元器件的封装(图8(a)),铝合金航空零部件(图8(b))的快速制造和铝合金微通道热交换器(图8(c))等零部件及结构件的制造。

解析:超声波增材制造技术

    四、结束语
    当前,增材制造技术已经从研发转向产业化应用,数字化增材制造技术在高形状复杂度、高功能复杂度、低成本和轻量化零件的制造方面发挥着巨大的作用,被认为是现代制造业的一次工业革命,正在向高功能、高性能材料零件直接制造方向发展。作为增材制造技术的一种,超声波增材制造技术具有诸多技术优点,并可以预见到在多个领域内有很大的发展前景。但对目前而言,超声波增材制造技术还存在一些不足,如目前的超声波功率只能对厚度小于0.4mm的铝箔进行快速成形,对于钛合金可实施固结的厚度则更小。这是因为当超声波固结技术应用于较大厚度和较高强度金属板材时,需要大幅提高超声波换能器的输出功率,这给加载系统声学设计及制造带来一系列难以解决的问题。所以,如何拓宽超声波增材制造技术的工艺适用范围和加工能力,满足厚度大和强度高金属板材的增材制造是目前国内外研究的热点。
    超声波增材制造技术在原有较为初级的超声波金属焊接的基础上经过不断发展,在技术上突破了对金属材料焊接应用中焊头强度和换能器功率的限制,具有能够固结大尺寸连续材料的能力,并具有了其他传统制造方法所欠缺的快速精密制造能力。虽然目前超声波增材制造技术还不及其他几种高能束增材制造方法完善,但由于其独特的低温快速、绿色环保的技术特点,可以预见在未来能够应用于很多领域,如大型复杂薄壁板状零部件、连续纤维轻金属预制带材、金属泡沫蜂窝夹芯板材、智能复合材料与结构、复合材料叠层电极等的快速成形和制造。超声波快速固结成形制造技术必将成为现代先进制造技术的一个不可取代的分支。


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