国内首台！不靠“烧”打印设备，哈工大团队搞出“超声增材神器”

2025年4月4日，据资源库了解，近日，哈尔滨工业大学（威海）材料科学与工程学院张洪涛教授团队在增材制造领域取得重要突破，成功研制出国内首台双换能器超声固相增材制造装备。

该装备突破了传统超声增材设备功率输出限制，在异种金属高质量连接与功能材料高效构建方面展现出显著优势，具备良好的工程应用和产业化前景。

技术背景：固相增材制造的新路径

本次研制成功的装备基于超声增材制造技术（Ultrasonic Additive Manufacturing, UAM），该技术采用高频超声振动所产生的机械能与摩擦热，在不熔化材料的前提下实现金属箔材的层层固结，属于典型的固相连接工艺。

相较于传统的熔融型增材制造方法，超声增材制造（UAM）依靠低温固相连接工艺，能够有效避免高温加工过程中常见的金属氧化、相变及残余应力问题，特别适用于异种金属连接和功能梯度材料的构建，拓展了多材料集成制造的应用空间，同时具备良好的材料适应性，助力轻量化、高性能结构件的高效制备。

技术突破：“双换能器+双变幅杆”协同设计

传统UAM设备多采用单换能器结构，存在功率受限、连接不稳等问题，难以满足大尺寸或高强度金属构件的加工需求。为解决上述瓶颈，张洪涛团队创新性地提出并实现了“双换能器+双变幅杆”的协同增材设计方案，有效突破了大尺寸、高强度金属构件加工的技术瓶颈。

该系统具备6000～9000瓦的大功率输出，结合推挽式结构控制，大幅提升了能量传输效率与连接稳定性，能够支持铜、铝、钛、镍等多种金属材料的高质量构建，尤其在铜/铝、铝/钛等异质材料的复合制造中表现出优异的成形效果与结构性能。

科研历程：十年打磨，从概念到样机

自2013年起，在山东省重大科技创新工程、山东船舶技术研究院、威海万丰镁业有限公司等单位的支持下，张洪涛教授团队持续开展超声增材制造装备及工艺相关研究。团队于2013年首次提出“辅助加热式超声快速成型方法及装置”的技术构想，2018年在系统实验基础上明确了“双换能器推挽式滚焊固结-增材制造”的关键技术路径。

此后，经过多轮设备设计迭代与优化，成功攻克谐振系统设计、压头表面粗糙度控制及平台支撑结构等核心技术难题。目前，设备样机已进入稳定测试阶段，并拥有完全自主知识产权，为后续工程化和产业化奠定了坚实基础。

团队成果：多项国内首创，技术积累深厚

张洪涛教授长期从事多能场焊接及固相增材技术研究，曾提出“表面瞬时液膜”润湿理论与异种金属“激光-超声联合调控”界面优化方法，主持研发多项国内首创设备，包括可用于200米水下作业的半自动湿法焊接装备及磁控等离子-MIG复合焊接系统等。

近年来，其团队在《Journal of Materials Research and Technology》《Materials Letters》等国际期刊发表多篇论文，并凭借相关技术成果，协助学生团队获得第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖（2021年）。

写在最后，此次“双换能器超声固相增材制造装备”的成功研制，不仅标志着我国在固相增材制造装备自主化方面迈出关键一步，也为未来多材料高效构建、高性能结构制造开辟了新路径。

该技术的持续优化和产业化落地，预计将为我国在航空航天、新能源装备、精密器件制造等领域提供更强大的绿色制造解决方案，加速推动“中国制造”向“中国智造”转型升级。