CAIEC路演 | 漢聲智造：超聲智造——金屬低溫固相增材制造技術

2022-10-07

適用于異種材料的高通量換熱器件低溫固相增材制造技術。



企業(yè)&項目簡介

 哈爾濱漢聲智造科技有限公司 


哈爾濱漢聲智造科技有限公司成立于2021年11月，創(chuàng)始人為哈爾濱工業(yè)大學焊接專業(yè)在讀博士王波，并在哈爾濱工業(yè)大學國家大學科技園進行孵化，主要業(yè)務為金屬超聲低溫固結工藝與裝備的設計、研發(fā)和銷售，并在此基礎上開展航天異質金屬結構、零部件的低溫加工與制造，層狀智能結構/材料、梯度材料、復合材料等特殊功能材料的設計和制造，同時開展技術服務、技術開發(fā)、技術咨詢、技術交流、技術轉讓、技術推廣以及信息技術咨詢服務。


公司團隊為來自哈爾濱工業(yè)大學焊接、材料、先進制造和經管等專業(yè)的博碩士研究生。創(chuàng)始人王波，男，漢族，中共預備黨員，哈爾濱工業(yè)大學材料學院焊接專業(yè)2019級博士研究生，曾榮獲第十屆中國技術市場協(xié)會金橋獎、山東省技術市場協(xié)會金橋獎一等獎、第七屆中國國際“互聯(lián)網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎、第五屆中國創(chuàng)翼創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽黑龍江省賽一等獎、第三屆哈工大全球校友創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽總決賽最具潛力獎等獎勵30余項，并榮獲哈爾濱工業(yè)大學2022年度五四獎章、校級突出貢獻獎（2次）、優(yōu)秀學生、科創(chuàng)優(yōu)秀團隊（2次）等榮譽，入選2022年度哈工大校級榜樣庫成員。2019年至今作為核心成員參與國家級、省部級科研項目3項。


 超聲智造——金屬低溫固相增材制造技術 


本團隊所研發(fā)的超聲低溫固相增材制造裝備，利用線性激光對母材箔帶進行即時的賦能和改性處理，達到降低增材過程對超聲能量的需求、改善金屬層間結合質量和拓展技術應用范圍的目的。加工過程中加工溫度一般低于300℃，從根本上杜絕了傳統(tǒng)的重熔增材方式下金屬材料在熔化再凝固過程中帶來的熱缺陷和殘余應力問題。技術可用于鋁、銅、鈦、鎳、鐵、鉬等材料和異質層狀結構的快速固相增材制造，所制造的零部件在輕量化、集成化、結構功能一體化等多方面擁有優(yōu)異表現(xiàn)。


項目技術具有的低溫加工特性、固相連接機制以及積木式增材制造方式，使其在鈦/鋁、鋁/銅、鋁/鎳、銅/鎳等二元、多元等異質層壓復合材料、梯度材料與結構制造方面具有核心優(yōu)勢。同時在高通量鋁/銅換熱器件、高精度傳感器無損植入以及智能結構/材料等接領域具有顛覆性優(yōu)勢，因此在新能源汽車、武器裝備、軍工電子、航空航天等領域具有超過千億的應用市場規(guī)模，潛力巨大。


路演回顧

各位專家，大家上午好。我是哈爾濱漢聲智造科技有限公司總經理王波，同時，我也是哈爾濱工業(yè)大學材料學院焊接專業(yè)2019級博士研究生。我今天帶來的項目是高通量航天換熱器件的超聲低溫固相增材制造技術。
隨著人類的不斷探索和科技的不斷進步，世界各國已經將戰(zhàn)略目光由陸地、海洋逐漸轉向太空，太空逐漸成為世界各國未來戰(zhàn)略的“高邊疆"。航天器作為"高邊疆"戰(zhàn)略中的唯一載體，長期服役于晝夜溫差超過300攝氏度的極端惡劣環(huán)境之中，在這樣的惡劣環(huán)境中，必然需要高效、穩(wěn)定的換熱器件來保障它的安全穩(wěn)定運行。
現(xiàn)階段，航天器主要采用熱管結構。這種結構采用組合安裝方式，同時需要導熱介質填充空隙。導致?lián)Q熱器件換熱效率低，零部件多，重量大，結構復雜，并間接導致可靠性差等問題。
高通量換熱器的制造為航空器提供了突破性的技術支撐。放眼全球，美國在此領域的研究起步較早，美國Fabrisonic公司近年來已經將“超聲波增材制造技術”應用于美國NASA航天器換熱器件的設計和生產制造，并取得了良好的測試效果。同時正是由于這種技術在美國的航空航天、軍工電子等重要領域具有廣泛應用，因此美國在這一技術方面對我國實行了嚴格的技術封鎖。
近年來，在國家相關戰(zhàn)略的驅動下，深空探測、探地、星際巡航等探測任務列入了國家的十四五規(guī)劃，以此為背景，我們團隊從2012年就開始了這項技術的研發(fā)。經過近十年的推進，形成了具有自主知識產權的產品和裝備。相關技術也在異種金屬層狀復合材料的制備方面獲得了部分應用。
1. 技術優(yōu)勢
項目技術具有三大核心優(yōu)勢。
優(yōu)勢一，整個加工過程中零部件的加工溫度低于300攝氏度，可以保證金屬材料不被融化，尤其是鋁、銅這類有色金屬材料，因此能夠最大限度保證加工前后材料的組織和力學性能。
優(yōu)勢二，對于航天換熱器的制造，鋁、銅復合結構既能保證傳熱、散熱效率，又能保證輕量化設計要求，但由于鋁、銅金屬對電弧、激光的高反射特性以及材料自身的高熱導率，導致該復合結構難以使用激光等増材方法加工。而恰恰超聲波増材制造技術在這方面具有獨特優(yōu)勢。
優(yōu)勢三，超聲波増材制造技術采用的是一種自下而上的類似于積木搭建的加工方式，在這一過程中允許將三維立體的換熱通道集成到零部件內部，將原來的多組件組裝制造方式轉變?yōu)橐惑w化增材制造結構。通過這種方式，結構減重可超過25%以上，制造效率可以提高四倍左右。
2. 運營情況與市場前景
目前團隊主要承接異種金屬材料與零部件的定制加工需求，并逐步推展新能源汽車領域熱交換系統(tǒng)零部件的加工制造，包括空調系統(tǒng)以及動力轉換模塊中的輕量化換熱器件。此外，重點推進商用衛(wèi)星輕量化結構零部件的設計和定制加工。項目技術獲得第七屆中國國際“互聯(lián)網+”大賽全國金獎，獲得了國內外專家、評委的一致好評。
3. 商業(yè)模式
目前主要通過客戶定制加工、技術咨詢等方式實現(xiàn)商業(yè)運行。未來逐漸向設備銷售、批量化代加工、技術授權等渠道拓展。
4. 核心團隊
項目團隊核心成員均由哈工大焊接、材料、經管等專業(yè)的博碩士研究生和本科生組成。并聘請了哈工大材料學院張洪濤教授作為技術顧問。

評委提問&點評

Q

在多批次生產中，怎樣保證產品的一致性？通過什么樣的檢測形式去驗證產品的一致性？

王波：產品一致性是我們目前著力開發(fā)的技術之一。為了保證一致性，在超聲増材加工期間，通過配合超聲無損檢測技術，實時地將多層材料加工過程中產生的缺陷形成定位信息并進行反饋，如果缺陷影響到后續(xù)產品的使用，我們會通過攪拌摩擦焊接或重新固結的方式進行修復，修復后繼續(xù)進行增材，通過這樣的過程質量控制策略可以實現(xiàn)產品一致性的保障。

Q

在增材制造前期過程中，有采取何種措施，做了什么樣的工作？

王波：第一，整個增材制造過程采用的是過程質量閉環(huán)控制，即時檢測即時處理。第二，通過超聲波輸出功率的波動性可以進行質量控制，如果增材過程中有缺陷產生，會在直接體現(xiàn)在功率輸出、振幅輸出曲線上，如果曲線值超過一定范圍會報警并強制停止加工。

Q

在新能源車熱管理方面主要解決哪些核心痛點？該方面在一輛車上的加工量大概占多少百分比？

王波：新能源汽車主要解決電力轉換模塊的輕量化散熱器制造問題。這部分大約能占新能源汽車換熱系統(tǒng)加工量的5%左右。

本文根據(jù)嘉賓在【第六屆中國航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽】上的發(fā)言整理、刪減。(查看更多完整視頻請掃描二維碼)