12年研制,双换能器超声固相增材制造装备有多强?

哈尔滨工业大学威海校区张洪涛教授团队成功研制出国内首套双换能器超声固相增材制造装备。该装备可实现6000瓦 - 9000瓦双头输出功率，能制备铜、铝、镍、钛等多种材料，打破传统设备功率限制，实现异种金属连接与功能材料结构构建的重大突破，助力中国在高端固相增材领域从“跟跑”到“领跑”。

近年来，航空航天、新能源汽车等领域对高性能材料需求激增，传统超声波焊接技术短板凸显。2013年，张洪涛团队发现美国在大功率超声固相增材技术方面领先，国内相对落后，从而坚定了自主研发的决心。

“科研的突破始于一个大胆的假设。”张洪涛教授回忆道，那时，美国的大功率超声固相增材制造装备技术路线以高功率为核心，追求极限性能，而国内技术刚刚起步。面对技术壁垒，团队另辟蹊径提出“用预热的箔片代替冷态室温箔片”的新思路。

“功率是解锁固相增材潜力的钥匙，但钥匙的形状可以由我们自己设计。”带着这样的信念，张洪涛教授带领团队研究生从“零”开始，立志研发中国的第一台大功率超声波固相增材制造装备，为中国制造开辟一条低温、高效、绿色的新路径。

12年前，当张洪涛团队在图纸上绘制出“辅助加热式超声固相增材技术”的雏形时，或许没人想到这个看似简单的构想，会开启一场从一代机到二代机再到三代机跨越12年的科研远征。

“我们不是在追赶，而是在开辟新赛道。”从理论模型到控制系统，团队逐一攻克技术瓶颈，资金短缺时他们甚至自费购买急需零件设备，调试失败他们便不分昼夜扎进实验室，连续奋战多个月。一位团队成员回忆道：“科研没有捷径，唯有死磕到底。”2015年，团队首项专利授权通过，团队成员在“螺丝都靠自己拧”的情况下，制作出了第一台推挽式固相增材设备。最初的样机每次仅能增材10毫米，这看似简单的一小步，却标志着他们找到了正确的探索方向。

2017 年，张洪涛教授团队在研发第二代超声固相增材制造样机时遭遇资金短缺和骨干成员离职等困境，但团队坚守并突破，成功将样机功率提升至 4000W，完善了技术体系。2018 年，团队在高温环境中意外发现高温促进金属表面塑性流动，催生了直流电源预热固相增材新工艺，提升了难焊金属的固结效果。2021 年，该项目获中国 “互联网 +” 大学生创新创业大赛金奖。

2024 年，第三代设备功率达 6000W - 9000W，功能和工艺显著提升。2025 年，设备通过增减材一体化测试，可高质量制造异质材料复合件，开辟了新工艺路径。团队历经 12 年，从单换能器到双推挽式结构，攻克 10 余项核心技术，实现了热箔辅助式固相增材等四大技术突破，为中国高端制造贡献了 “国之重器”。

“人无我有，人有我优。”张洪涛教授常对团队说：“哈工大人做科研，既要敢闯‘无人区’也要把‘卡脖子’清单变成‘领跑者’榜单。”如今，这台由张洪涛教授团队完全自主研发的国内首套大功率推挽式增减材一体化超声波固相增材制造装备，未来可为我国航空航天、新能源汽车光伏产业以及无人机技术等领域，提供绿色特种功能材料的快速制备新工艺，在星辰大海间书写哈工大人矢志科研攻关、打造国之重器的奋斗故事。

文章来源：formnext增材展

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