3D打印又出新技術：什么是超聲波增材制造,？

當大多數人想到3D打印時,，他們想到的是典型的增材過程，在這一過程中許多層材料被融合成期望的最終形狀,。然而,，增材制造并不總是完美制成最終產品。事實上,，為了創(chuàng)建最終零件,，大多數金屬3D打印工藝還需要額外的研磨或其他處理措施。
由于這個原因,，有一些公司,，如Mazak、 DMG MORI和Cincinnati Inc.,，將增材和減材結合來實現預期的結果,。最近有一家公司開發(fā)了一種新型混合制造技術，被稱為超聲波增材制造（UAM）,。通過利用聲波而不是熱能,，Fabrisonic的UAM平臺可被用于一些其他系統(tǒng)做不到的應用。
在接受媒體采訪時,，Fabrisonic公司CEO Mark Norfolk解釋說,，UAM機器實際上是一個內置了超聲波焊接技術的數控銑床。薄薄的金屬箔被一層一層放置，繼而用超聲波焊接在一起,。然后用銑床切割密集堆放的金屬片,，以創(chuàng)建出最終零件。

不像其他金屬3D打印工藝,，在UAM中金屬不是被高溫熔化,。這就是UAM工藝的重要優(yōu)勢�,！皽囟炔粫�超過200華氏度,，”Norfolk闡述道�,！斑@使我們能夠嵌入傳感器,，因為我們的零件不熱。我們只是停止構造,，鉆出一個小通道,，在里面放入一個傳感器，然后繼續(xù)在上面構造,。再者,，它是在低溫下工作，不會損壞傳感器,�,！�
Fabrisonic通過制造服務而不是賣設備獲得收入的80%，它發(fā)現一些客戶要求將熱電偶嵌入金屬零件,。將熱電偶嵌入金屬零件或者固定在零件的外部,，這兩種情況都需要熱傳感器在熱環(huán)境或化學反應環(huán)境下提供溫度讀數，并保護熱電偶不受潛在的危險環(huán)境影響,。
對于一個客戶來說,，這個創(chuàng)建熱交換器的過程意味著混合化學物質，根據Norfolk的說法這是一個熱相關過程,。他解釋道：“你把化學物質A,、B和C放到一起進行化學反應，然后生成了化學物質D,。我們把熱電偶沿著液體的混合通道相鄰放置八九個位置,，使客戶精確知道它們混合的溫度。

有了適當的熱反饋,，客戶會更好地了解如何控制這些化學品的流量。在獲得這些傳感器之前,，他們需要使用非常緩慢的流速,，以防止化學品混合過程出現問題。
這個過程可以應用于各種各樣的電子產品，包括加速度計,、應變計,，甚至光纖電纜。通過NASA的小企業(yè)創(chuàng)新研究獎,，Fabrisonic能夠與一些合作伙伴一起探討如何將光纖嵌入金屬零件,，以監(jiān)控影響組件的整體應力。
Norfolk描述了這種被稱為光纖布拉格光柵（FBG）的光纖如何工作,，他說,，“把光纖嵌入金屬，線里面是一些會反射光線的小劃痕,。你可以測量這些劃痕之間的距離,，并且，作為一個能拉伸的零件,，你可以看到這些劃痕變得更大,。這是衡量一個固體零件應變的方法�,！�

Fabrisonic的CEO進一步解釋說,，一個100微米的纖維上可以有多達100個應變計，這使得將測量儀器遍布零件成為可能,。在飛機機翼上,，一個包含光纜的零件可以被放置在前端，為機翼整體情況提供重要的健康監(jiān)測數據,。
該技術在石油和天然氣工業(yè)中也有應用,，在那里，FBG可以檢測到井下或幾英里輸油管道的零件應力,。Norfolk指出它對于檢測地震造成的管道磨損特別有用,。
公司目前已經完成了項目的一個階段，正在著手進行第二階段,，這一階段將會使產品商業(yè)化,。在這個2年階段內，Fabrisonic將會進行技術授權和優(yōu)化,，Norfolk預計FBG將被添加到飛行樣機上,。
除了正在進行的NASA項目外，Fabrisonic正在探索將UAM用于制造專業(yè)輻射屏蔽,。而輻射屏蔽會涉及到不同金屬的組合,，包括鉭、稀土,、鈦,、鎢，Fabrisonic看到了構建多功能零件的優(yōu)勢。
“我們可以用一種非常特定的公式來打印以進行輻射屏蔽,，“Norfolk說,。“聽起來很有趣,，但是你可以把這些金屬一層層堆疊,。我們正在做的是將這些整合在一個非常獨特的方法中。我們會給衛(wèi)星做一個熱交換器,，所以我們要散出熱量,。這種結構內部有一個異構體，所以它是結構化的�,，F在零件有保溫和結構特性,。之后我們會用防護材料覆蓋它，所以零件也可以輻射屏蔽,。我們正在做的是打印多功能的多元零件,。”
結合不同材料的能力使得Fabrisonic可以制造其他具有獨特性能的零件,，引導客戶訂購自定義熱膨脹或彈性的產品,。為了證實該潛力，該公司3D打印了一種金屬基復合材料,，讓鋁與連續(xù)陶瓷纖維混合,。
“正常的復合材料可能由碳纖維和環(huán)氧樹脂構成，”Norfolk指出,�,！敖饘倩鶑秃喜牧嫌娩X取代環(huán)氧樹脂，所以屈服強度更大,。該材料沒有使用碳,，每平方英寸該材料有200千磅陶瓷纖維�,！币虼�,，零件重量輕，但強度極大,。同時,，由于鋁的使用，該零件可焊接到另一個常規(guī)制造的結構上,。
這一技術可能不是一種增材制造形式,，但是對于NASA、波音等客戶來說,，結果可能要比過程更重要,。在這種情況下,，用戶們最終可能得到的是具有新材料特性的智能金屬零件或組件。正如Norfolk所說,，Fabrisonic的UAM技術能夠混合兩種不同的材料，得到一種無法天然得到的新的工程特性,。

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