用于智能材料領域的超聲波增材制造技術

       今天，要向您介紹一種相當冷門的3D打印技術——超聲波增材制造（UAM）技術，該技術主要用于為機器設備上的傳感器打造金屬保護殼。因為一般大型設備中經常要面臨的問題是傳感器的維護，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。 該方法能夠實現真正冶金學意義上的粘合，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，并不時通過機械加工來實現指定的3D形狀，從而形成堅實的金屬物體。這種技術有點像Mcor公司的紙質3D打印技術，只不過Mcor使用的是復寫紙和粘合劑，而UAM則是使用金屬片和超聲波。

       通過結合增材和減材處理能力，UAM可以制造出深槽、中空、柵格狀或蜂窩狀內部結構，以及其它復雜的幾何形狀，這些結構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。據了解，過去使用常規(guī)焊接技術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構，而不會導致任何損壞。

       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，當被拉伸時可以產生電壓。這個電壓可用于測量金屬零部件負載下的應力。

       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（機電耦合），磁致伸縮（磁耦合）和形狀記憶合金（熱機械耦合）等。
UAM技術能夠使這些“智能結構”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技術的優(yōu)點
高速金屬增材制造
固態(tài)焊接可以實現：異種金屬的接合、包層、金屬基復合材料、“智能”或反應式結構
低溫工藝可以實現：電子嵌入防篡改結構、非破壞性、完全封裝的光纖嵌入
復雜的幾何形狀
       在形狀記憶合金材料方面的許多應用往往只能使用UAM技術。此外，在航空航天領域，它還能有效解決材料的熱膨脹問題。
       大多數工程材料都有熱脹冷縮的性質，衡量此性質的系數被稱為材料的熱膨脹系數（CTE）。 在大多數應用中，熱膨脹系數往往會對工程結構的工作產生負面影響：翹曲的制動轉子、渦輪機中的間隙變化、疲勞裂紋等。而在一定的溫度范圍內，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，可以降低整體結構的熱膨脹系數。這種低CTE材料可以用于需要高精確度的旋轉部件，如飛機渦輪機方面的應用。
        其它方面的應用包括使用UAM技術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)出可實現帶擴展頻帶的多頻帶/寬帶光圈開關網絡。

咋一看，以為金屬修復
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