超声波增材制造（UAM）
超声振动在不熔化的情况下焊接金属箔，然后由铣刀修整（板材层压）
超声波增材制造（UAM）通过高频振动把薄金属箔一层层焊接在一起，来制造金属零件。过程中没有任何熔化：金属始终保持固态，就像两块非常干净的金属表面用力摩擦时会粘在一起。由于温度低，UAM 可以把传感器、导线和冷却通道埋入实心金属中。
工作原理
铺一层金属箔。 一条金属箔带，通常约 0.15 mm 厚、25 mm 宽，展开铺在零件上。
施压并振动。 一个声极（由超声振动驱动的轮形焊头）在箔上滚过。它用力压紧，并以每秒约 20,000 次（20 kHz）的频率左右摩擦。
不熔化而结合。 摩擦会破坏两个表面上薄薄的氧化膜（一层锈蚀般的表皮）。干净的金属与干净的金属接触，原子结合在一起，而零件只是温热，并未熔化。
重复。 金属箔并排铺放并层层叠加，逐层构建出一个实心块体。
加工并嵌入。 每隔几层，内置的数控铣床（计算机控制的切削刀具）修整外轮廓，并切出通道或凹腔。传感器或光纤放入凹腔，再由新的金属箔把它们封在里面。
关键数据
- 材料
- 铝合金（最常见）、铜、钛、镍和钢箔；异种组合，如铝与铜或钛
- 典型零件
- 带内部通道的换热器、嵌有传感器或光纤的零件、多金属板和过渡接头
- 零件尺寸
- 从几厘米到最大机器上约 1.8 m 宽
- 精度
- 由内置数控铣床决定：加工面约 ±0.05 mm
- 表面质量
- 经过加工，与任何铣削件一样光滑
- 适合的批量
- 高价值零件的原型、单件和小批量
- 模具与设备成本
- 无需模具。设备通常要几十万到数百万美元
- 速度
- 每个零件几小时到几天：焊接很快，但加工环节会增加时间
优点与局限
优点
- 没有熔化，因此异种金属连接不会产生脆性层
- 传感器、光纤和电子器件埋入金属后仍能正常工作
- 内部通道没有支撑，也没有需要清理的松散粉末
- 同一台机器兼得加工精度和表面质量
局限
- 最适合较软的金属；铝是目前最容易的
- 箔层之间的结合在堆叠方向上可能较弱
- 多为块状形状；细、高或复杂的特征很难做
- 设备厂商很少，设备昂贵
应用领域
- 航空航天与太空卫星和飞机的换热器及热控零件
- 电子带内置冷却通道的冷板和壳体
- 能源与科研嵌有光纤或温度传感器的结构
- 重工业多金属过渡接头，如铝与钢或铜的结合
如何识别
- 看起来像是由实心料铣出来的块状零件，外表没有层纹。
- 在切开并蚀刻的截面上，可见间距约 0.15 mm 的细条纹：那是箔层。
- 一个块体内有两种不同金属，例如铝在铜上，交界处是一条锐利的直线。
- 隐藏的内部通道或导线，任何刀具都不可能从外部伸到。
对比
观看
Fabrisonic3D · 厂商讲解超声波焊接如何在不熔化的情况下结合金属箔
Fabrisonic3D · 机器铺放、焊接并修整金属箔的真实影像
Fabrisonic3D · 示例零件：嵌入的传感器、内部通道、混合金属
Fabrisonic3D · 一台大型生产设备在工作
查看实拍照片
- 维基百科：Ultrasonic consolidation（超声固结） — 工艺及其历史；仅有文字，没有照片
- 维基共享资源图片搜索
记住
- UAM 利用压力和超声振动焊接金属箔，从不使其熔化。
- 低热量使它能连接异种金属，并把传感器埋入实心金属中。
- 它交替进行焊接和数控加工，因此零件精度高。
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