2.2.4　薄材叠层技术

薄材叠层是将薄层材料逐层黏结以形成实物的增材制造工艺。1988年，Feygin提出了薄材叠层制造的思想，成形的材料主要为纸张。2000年，White发明了适用于金属薄材叠层制造的超声波固结成形技术（如图2-7所示），其以金属箔材为原料，采用大功率超声波能量，利用金属层与层振动摩擦产生的热量，使材料局部发生剧烈的塑性变形，从而达到原子间的物理冶金结合，实现同种或异种金属材料间固态连接。在超声波金属快速固结成形的基础上，结合数控铣削等工艺，可实现超声波增材成形与智能制造一体化。超声波固结3D打印工艺具有温度低、变形小、速度快、绿色环保等优点，适合于复杂叠层零部件成形、加工一体化智能制造。目前，该技术已成功地应用于同种和异种金属层状复合材料、纤维增强复合材料、梯度功能复合材料与结构、智能材料与结构的制造。此外，超声波固结成形技术还被应用于电子封装结构、航空零部件、热交换器、金属蜂窝板结构等复杂内腔结构零部件的制造。

图2-7　超声波固结成形工艺原理示意图

目前，美国和英国在超声固结成形技术方面处于世界前列。美国Fabrisonic已研发了三种系列的超声波固结设备，设备功率从最初的2kW逐步发展到9kW左右，材料也从铝、银、铜等低强度金属逐步扩展到了钛、不锈钢等高强度金属材料。我国在超声波固结制造方面的研究工作刚刚起步。哈尔滨工程大学开发了国内第一台具有超声波增材制造能力的装备，并开展了一系列超声波增材制造技术领域的研究，但该装备的技术水平仅相当于美国的第一代产品。