用于智能材料領(lǐng)域的超聲波增材制造技術(shù)

       今天，要向您介紹一種相當(dāng)冷門的3D打印技術(shù)——超聲波增材制造（UAM）技術(shù)，該技術(shù)主要用于為機(jī)器設(shè)備上的傳感器打造金屬保護(hù)殼。因為一般大型設(shè)備中經(jīng)常要面臨的問題是傳感器的維護(hù)，這些傳感器往往會由于腐蝕、磨損和沖擊等原因隨著時間而老化失效。為了延長其使用壽命，使用者往往會在其外面罩上一層金屬保護(hù)殼。
      超聲波增材制造（UAM）使用超聲波去熔融用普通金屬薄片拉出的金屬層，從而完成3D打印。 該方法能夠?qū)崿F(xiàn)真正冶金學(xué)意義上的粘合，并可以使用各種金屬材料如鋁、銅、不銹鋼和鈦等。
       UAM的制造過程包括通過超聲波逐層連續(xù)焊接金屬片，并不時通過機(jī)械加工來實現(xiàn)指定的3D形狀，從而形成堅實的金屬物體。這種技術(shù)有點像Mcor公司的紙質(zhì)3D打印技術(shù)，只不過Mcor使用的是復(fù)寫紙和粘合劑，而UAM則是使用金屬片和超聲波。

       通過結(jié)合增材和減材處理能力，UAM可以制造出深槽、中空、柵格狀或蜂窩狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及其它復(fù)雜的幾何形狀，這些結(jié)構(gòu)和形狀是無法使用傳統(tǒng)的減材制造工藝完成的。
       另外，因為金屬沒有被加熱焊接，所以許多電子裝置可以嵌入而不損壞。據(jù)了解，過去使用常規(guī)焊接技術(shù)加工智能材料所面臨的最大挑戰(zhàn)就是，材料融化往往會大大降低智能材料的性能。因為UAM工藝是固態(tài)的，不涉及熔化，這個工藝可以用來將導(dǎo)線、帶、箔和所謂的“智能材料”比如傳感器、電子電路和致動器等完全嵌入密實的金屬結(jié)構(gòu)，而不會導(dǎo)致任何損壞。

       該照片顯示了固體鋁中嵌入的傳感器膠條。該塑料具有壓電特性，當(dāng)被拉伸時可以產(chǎn)生電壓。這個電壓可用于測量金屬零部件負(fù)載下的應(yīng)力。

       這里要介紹一下什么是智能材料。一般來說“智能”材料可以將能量從一種形式轉(zhuǎn)換成另一種。最常見的智能材料是壓電體、電致伸縮和電活性聚合物（機(jī)電耦合），磁致伸縮（磁耦合）和形狀記憶合金（熱機(jī)械耦合）等。
UAM技術(shù)能夠使這些“智能結(jié)構(gòu)”作為無源傳感器或有源元件，隨時改變零部件的材料特性。
UAM技術(shù)的優(yōu)點
高速金屬增材制造
固態(tài)焊接可以實現(xiàn)：異種金屬的接合、包層、金屬基復(fù)合材料、“智能”或反應(yīng)式結(jié)構(gòu)
低溫工藝可以實現(xiàn)：電子嵌入防篡改結(jié)構(gòu)、非破壞性、完全封裝的光纖嵌入
復(fù)雜的幾何形狀
       在形狀記憶合金材料方面的許多應(yīng)用往往只能使用UAM技術(shù)。此外，在航空航天領(lǐng)域，它還能有效解決材料的熱膨脹問題。
       大多數(shù)工程材料都有熱脹冷縮的性質(zhì)，衡量此性質(zhì)的系數(shù)被稱為材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）。 在大多數(shù)應(yīng)用中，熱膨脹系數(shù)往往會對工程結(jié)構(gòu)的工作產(chǎn)生負(fù)面影響：翹曲的制動轉(zhuǎn)子、渦輪機(jī)中的間隙變化、疲勞裂紋等。而在一定的溫度范圍內(nèi)，記憶合金材料具有與熱脹冷縮相反的特性，即其在加熱時實際上是收縮的。因此通過在另一種金屬中嵌入形狀記憶合金材料，可以降低整體結(jié)構(gòu)的熱膨脹系數(shù)。這種低CTE材料可以用于需要高精確度的旋轉(zhuǎn)部件，如飛機(jī)渦輪機(jī)方面的應(yīng)用。
        其它方面的應(yīng)用包括使用UAM技術(shù)將疊加了智能材料的形狀記憶合金材料嵌入彈簧鋼以開發(fā)出可實現(xiàn)帶擴(kuò)展頻帶的多頻帶/寬帶光圈開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。

咋一看，以為金屬修復(fù)
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