2.2.4　薄材疊層技術

薄材疊層是將薄層材料逐層黏結以形成實物的增材制造工藝。1988年，Feygin提出了薄材疊層制造的思想，成形的材料主要為紙張。2000年，White發明了適用于金屬薄材疊層制造的超聲波固結成形技術（如圖2-7所示），其以金屬箔材為原料，采用大功率超聲波能量，利用金屬層與層振動摩擦產生的熱量，使材料局部發生劇烈的塑性變形，從而達到原子間的物理冶金結合，實現同種或異種金屬材料間固態連接。在超聲波金屬快速固結成形的基礎上，結合數控銑削等工藝，可實現超聲波增材成形與智能制造一體化。超聲波固結3D打印工藝具有溫度低、變形小、速度快、綠色環保等優點，適合于復雜疊層零部件成形、加工一體化智能制造。目前，該技術已成功地應用于同種和異種金屬層狀復合材料、纖維增強復合材料、梯度功能復合材料與結構、智能材料與結構的制造。此外，超聲波固結成形技術還被應用于電子封裝結構、航空零部件、熱交換器、金屬蜂窩板結構等復雜內腔結構零部件的制造。

圖2-7　超聲波固結成形工藝原理示意圖

目前，美國和英國在超聲固結成形技術方面處于世界前列。美國Fabrisonic已研發了三種系列的超聲波固結設備，設備功率從最初的2kW逐步發展到9kW左右，材料也從鋁、銀、銅等低強度金屬逐步擴展到了鈦、不銹鋼等高強度金屬材料。我國在超聲波固結制造方面的研究工作剛剛起步。哈爾濱工程大學開發了國內第一臺具有超聲波增材制造能力的裝備，并開展了一系列超聲波增材制造技術領域的研究，但該裝備的技術水平僅相當于美國的第一代產品。