超声波增材制造解释
超声波增材制造 (UAM)，也称为超声波固结 (UC)，是一种增材制造 (AM) 或 3D 金属打印技术。 UAM 与层压物体制造 (LOM) 一起属于增材制造工艺的“片材层压”系列。
与其他增材制造技术相比，UAM 使用的温度相对较低——远低于所用材料的熔化温度——用于生产金属部件，而不是塑料或尼龙。
UAM 简史
UAM 工艺由 Dawn White 开发，他于 1999 年通过创立 Solidica Inc. 将这项发明商业化，以销售商用 UAM 设备。
2007 年，Solidica 与爱迪生焊接研究所合作，重新设计了工具工艺，以提高粘合质量并扩大可使用的金属数量。此次合作催生了一种新的 UAM 工艺，称为“超高功率超声波增材制造”。
该合作伙伴于 2011 年成立了一家新公司 - Fabrisonic LLC，以将新的高性能 UAM 工艺商业化并销售新的 UAM 设备系列。
超声波增材制造说明
与大多数 AM 流程一样，UAM 机器基于计算机辅助设计 (CAD) 模型创建零件。制作模型后，文件会被“切片”成二维横截面，用于逐层构建零件 - 稍后再做。
然而，除了 3D 建模方面，UAM 与其他 AM 技术有很大不同。大多数增材制造技术（例如 SLS）使用粉末材料生产零件，而 UAM 使用金属箔片。此外，与其他增材制造技术不同，UAM 不使用热量。相反，它使用一种称为超声焊极的工具来产生超声波振动，结合压力，迫使两层金属粘合在一起。
（来源：超声波增材制造对集成印刷电子导体的影响，Electronic Material Letters 14, 413-425, 2018）
制作过程是这样的：
- 坚固的金属底板固定在构建平台上。
- 金属箔铺设在基板顶部，整个构建平台被绘制在超声焊头下方，将箔与基板粘合。此时，零件没有任何形状。
- 然后重复此过程，直到粘合层达到预定深度。
- CNC 机器 - 类似于传统减材 CNC 加工中使用的机器 - 通过去除多余的箔片将零件修整成形状。
- 重复此循环，直到零件达到指定高度。
- 较小的铣刀进一步塑造零件并完成成品零件所需的任何内部铣削。
- 重复整个 UAM 循环，直到部件完成。
- 部件从构建平台上移除，底板被分离。
如您所见，UAM实际上是一种混合增材减材制造工艺，将AM技术的分层方法与减材CNC铣削相结合。
超声波制造机
UAM 工艺使用由 Fabrisonic, LLC 开发的一系列超声波 3D 打印机。即使在不同的金属之间，这些机器也可以产生极强的结合。并且，由于该工艺不涉及高温，因此键合工艺不会导致后续分子结构发生变化，避免了其他一些金属增材制造工艺固有的脆性特性。
Fabrisonic 机器的另一个好处是它们可以粘合其他技术无法使用的金属，包括铜和铝。
当然，虽然这些机器无疑令人印象深刻，但它们并不适合家庭使用。 Fabrisonic UAM 机器即使是专注于研发的小型机器也仅花费不到 200,000 美元，仅用于工业和研究目的。
超声波制造的预处理模型
在使用 UAM 生产零件之前，您必须先经过预处理阶段。在此阶段，使用专门的建模软件对正在生产的零件的 3D CAD 模型进行分析。
UAM 的数据准备遵循与 SLS 的数据准备类似的过程。虽然 UAM 在薄壁和锋利边缘方面没有 SLS 相同的限制，但它仍然需要一定程度的预处理：
- 应使用几何简化工具简化包含复杂几何形状的零件。
- 设计师应使用仿真建模工具和技术来确保零件适合 UAM 打印并适合实际使用。
零件加工完成后，使用“切片”软件将 3D 模型转换为称为横截面的二维层。虽然免费应用程序可以完成这一数据准备过程，但专业设计师最好使用公认的软件包。
如果您的组织开发处理 UAM 预处理的应用程序，Spatial 可以为您提供帮助。
Spatial 拥有超过三个十年的 3D 建模经验，提供全面的预处理功能和预建库，您可以将它们构建到您的软件应用程序中。扩展您的应用程序或硬件产品的功能并使您的产品与竞争对手区分开来 - 无需投入多年的研发来内部开发这些功能。
要详细了解 Spatial 如何提供帮助，请查看我们经过行业验证的 3D 建模软件开发工具包。
超声波增材制造的优势和局限
UAM 提供了大多数其他 AM 流程无法提供的三大显着优势。
1.可以生产“不可能”内部通道的金属零件。
许多零件需要内部通道，通常用于冷却目的。然而，使用 FDM 和 SLS 等其他 AM 工艺——当然还有传统的减材制造技术——生产具有复杂保形 3D 流路的零件几乎是不可能的。通过使用“超高功率 UAM”，现代 Fabrisonic 机器可以用铝和铜制造零件，这有助于释放热量，同时还可以减轻重量。
2. 可以结合多种金属。
由于 UAM 不涉及高温，因此不会改变所用金属的微观结构。因此，UAM 可以粘合不同的金属，而不会产生其他金属 AM 工艺技术中固有的不匹配和脆性结构。可以进行多种材料组合。
3.可以嵌入传感器和电路。
最令人难以置信的是，UAM 部件甚至可以用内部传感器和电路打印——这是 AM 的独特功能。这在传统制造中是不可能的，因为所涉及的应变和温度会损坏这些敏感组件。借助 UAM，传感器可以嵌入金属结构中的任何位置，从而使其在医疗保健、过程控制甚至物联网 (IoT) 方面具有许多有价值的应用。
最后，由于 UAM 比 SLS 等技术需要更少的空心化，因此也减少了材料浪费。
然而，所有这些都是有代价的——从字面上看。正如我们之前提到的，Fabrisonic 销售的最小机器售价近 200,000 美元。该公司没有列出其大型机器的价格，但组织可以期望为它们支付更高的价格。
什么时候需要使用 UAM？
鉴于其能够粘合多种不同金属，UAM 在航空航天和汽车行业具有明确的应用。它生产具有复杂冷却通道的零件的能力在这些行业以及工业制造、医疗器械和高科技设备等其他行业中极具价值。
此外，UAM 生产带有内置传感器和电路的零件的设施使其非常适合在各行各业生产智能物联网式设备。许多传统行业现在使用各种传感器和跟踪设备来自主管理运营，而 UAM 通常用于为这些设备生产零件。
当然，尽管 UAM 很有价值，但它在很大程度上依赖于制造商生产准确、优化的 3D 模型的能力。而且，鉴于许多 UAM 部件的复杂性，需要强大的软件来制作这些模型。
准备好在您的软件和硬件解决方案中构建强大的 UAM 功能和完整的预构建库了吗？立即联系 Spatial 的专家。
3D打印