安泰高壓放大器在超聲輔助增材制造中的應(yīng)用研究

　　一、引言

　　超聲輔助增材制造技術(shù)是一種新興的制造工藝，它將超聲振動(dòng)與傳統(tǒng)的增材制造技術(shù)相結(jié)合，通過超聲波的作用改善材料的沉積、固化和成型過程，提高制造效率和質(zhì)量。高壓放大器在這一技術(shù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，為超聲換能器提供高功率、高精度的驅(qū)動(dòng)信號，確保超聲振動(dòng)的穩(wěn)定性和有效性。

圖：ATA-7030高壓放大器在熔滴噴射金屬增材制造中的應(yīng)用

　　二、超聲輔助增材制造技術(shù)原理

　　超聲輔助增材制造技術(shù)利用超聲波在材料中的傳播和振動(dòng)效應(yīng)，對材料進(jìn)行局部處理。超聲波通過換能器轉(zhuǎn)化為高頻機(jī)械振動(dòng)，作用于材料表面或內(nèi)部，改善材料的流動(dòng)、固化和結(jié)合特性。這種技術(shù)可以應(yīng)用于金屬、聚合物和復(fù)合材料等多種材料的增材制造過程。

　　三、高壓放大器在超聲輔助增材制造中的作用

　　（一）提供高功率驅(qū)動(dòng)信號

　　超聲換能器需要高功率信號才能產(chǎn)生足夠強(qiáng)度的超聲振動(dòng)。高壓放大器能夠?qū)⑿盘柊l(fā)生器產(chǎn)生的低功率信號放大到高功率水平，驅(qū)動(dòng)換能器工作。例如，Aigtek的ATA-7100高壓放大器最大輸出電壓40kVp-p（±20kVp），能夠?yàn)槌晸Q能器提供穩(wěn)定的高功率驅(qū)動(dòng)信號。

　　（二）精確控制超聲振動(dòng)參數(shù)

　　高壓放大器可以精確控制輸出信號的幅值、頻率和相位，從而實(shí)現(xiàn)對超聲振動(dòng)強(qiáng)度和頻率的精確調(diào)節(jié)。通過調(diào)整這些參數(shù)，可以優(yōu)化超聲輔助增材制造過程中的材料沉積和固化效果。例如，在金屬增材制造中，適當(dāng)增加超聲振動(dòng)強(qiáng)度可以擴(kuò)大工藝窗口，優(yōu)化熔池動(dòng)態(tài)行為，細(xì)化枝晶尺寸，改善冶金質(zhì)量，抑制球化效應(yīng)，提高沉積效率，并增強(qiáng)近凈成形能力。

圖：高壓放大器在電子束增材制造聚焦消像散控制技術(shù)研究的應(yīng)用

　　（三）改善制造質(zhì)量和效率

　　超聲振動(dòng)能夠改善材料的流動(dòng)性和結(jié)合性能，減少缺陷和瑕疵的產(chǎn)生。在超聲輔助增材制造中，超聲振動(dòng)可以細(xì)化晶粒、減少孔隙率、提高材料的致密性和機(jī)械性能。此外，超聲振動(dòng)還可以加速材料的固化過程，提高制造效率。

　　四、應(yīng)用案例

　　（一）超聲輔助金屬增材制造

　　研究表明，超聲振動(dòng)作用下的熔池動(dòng)態(tài)行為得到優(yōu)化，等軸晶比例顯著增加，枝晶尺寸大幅減小，冶金缺陷有效抑制，沉積效率顯著提高，且工藝窗口明顯擴(kuò)大。超聲振動(dòng)的引入降低了初始臨界熱功率，擴(kuò)大了熔池尺寸，抑制了熔滴波動(dòng)，提升了熔池穩(wěn)定性，改善了熔體潤濕與鋪展行為，減少了粉末飛濺，優(yōu)化了熔體流動(dòng)與傳熱，細(xì)化了晶粒，減少了孔隙率，顯著改善了冶金質(zhì)量，抑制了球化效應(yīng)，提高了沉積效率，并增強(qiáng)了近凈成形能力。

圖：ATA-7100高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　（二）超聲輔助聚合物增材制造

　　在聚合物增材制造中，超聲振動(dòng)可以改善材料的流動(dòng)性和層間結(jié)合強(qiáng)度。超聲振動(dòng)能夠減少聚合物絲材在沉積過程中的膨脹和收縮，提高打印件的尺寸精度和表面質(zhì)量。此外，超聲振動(dòng)還可以促進(jìn)聚合物分子的重新排列和結(jié)晶，提高材料的機(jī)械性能和耐熱性。

　　（三）超聲輔助復(fù)合材料增材制造

　　對于復(fù)合材料的增材制造，超聲振動(dòng)有助于改善纖維的分散和取向，增強(qiáng)纖維與基體的結(jié)合力。超聲振動(dòng)可以減少復(fù)合材料中的空隙和缺陷，提高材料的強(qiáng)度和剛度。此外，超聲振動(dòng)還可以在復(fù)合材料的制造過程中實(shí)現(xiàn)原位固化，提高生產(chǎn)效率。

圖：ATA-7000系列高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

　　ATA-7000系列是一款理想的可放大交、直流信號的高壓放大器。單端輸出40kVp-p（±20kVp）高壓，可以驅(qū)動(dòng)高壓型負(fù)載。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設(shè)置，為您提供了方便簡潔的操作選擇。

　　ATA-7000系列高壓放大器應(yīng)用場景：介電彈性體測試、EHD電流體打印、鐵電測試、等離子體測試、3D打印、材料極化、靜電紡絲、微流控。

　　高壓放大器在超聲輔助增材制造中具有不可替代的重要作用。它為超聲換能器提供高功率驅(qū)動(dòng)信號、精確控制超聲振動(dòng)參數(shù)、改善制造質(zhì)量和效率，推動(dòng)了增材制造技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。隨著超聲輔助增材制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，高壓放大器的應(yīng)用將更加廣泛和深入，為高性能材料的制造提供更有力的支持。