CAIEC路演 | 漢聲智造：超聲智造——金屬低溫固相增材制造技術(shù)

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(shù)。



企業(yè)&項(xiàng)目簡(jiǎn)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(xué)焊接專業(yè)在讀博士王波，并在哈爾濱工業(yè)大學(xué)國(guó)家大學(xué)科技園進(jìn)行孵化，主要業(yè)務(wù)為金屬超聲低溫固結(jié)工藝與裝備的設(shè)計(jì)、研發(fā)和銷售，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)展航天異質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)、零部件的低溫加工與制造，層狀智能結(jié)構(gòu)/材料、梯度材料、復(fù)合材料等特殊功能材料的設(shè)計(jì)和制造，同時(shí)開(kāi)展技術(shù)服務(wù)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)交流、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)推廣以及信息技術(shù)咨詢服務(wù)。


公司團(tuán)隊(duì)為來(lái)自哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接、材料、先進(jìn)制造和經(jīng)管等專業(yè)的博碩士研究生。創(chuàng)始人王波，男，漢族，中共預(yù)備黨員，哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院焊接專業(yè)2019級(jí)博士研究生，曾榮獲第十屆中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)協(xié)會(huì)金橋獎(jiǎng)、山東省技術(shù)市場(chǎng)協(xié)會(huì)金橋獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、第七屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽金獎(jiǎng)、第五屆中國(guó)創(chuàng)翼創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽黑龍江省賽一等獎(jiǎng)、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(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)30余項(xiàng)，并榮獲哈爾濱工業(yè)大學(xué)2022年度五四獎(jiǎng)?wù)?、校?jí)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)（2次）、優(yōu)秀學(xué)生、科創(chuàng)優(yōu)秀團(tuán)隊(duì)（2次）等榮譽(yù)，入選2022年度哈工大校級(jí)榜樣庫(kù)成員。2019年至今作為核心成員參與國(guó)家級(jí)、省部級(jí)科研項(xiàng)目3項(xiàng)。


 超聲智造——金屬低溫固相增材制造技術(shù) 


本團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的超聲低溫固相增材制造裝備，利用線性激光對(duì)母材箔帶進(jìn)行即時(shí)的賦能和改性處理，達(dá)到降低增材過(guò)程對(duì)超聲能量的需求、改善金屬層間結(jié)合質(zhì)量和拓展技術(shù)應(yīng)用范圍的目的。加工過(guò)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(guò)程中帶來(lái)的熱缺陷和殘余應(yīng)力問(wèn)題。技術(shù)可用于鋁、銅、鈦、鎳、鐵、鉬等材料和異質(zhì)層狀結(jié)構(gòu)的快速固相增材制造，所制造的零部件在輕量化、集成化、結(jié)構(gòu)功能一體化等多方面擁有優(yōu)異表現(xiàn)。


項(xiàng)目技術(shù)具有的低溫加工特性、固相連接機(jī)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(zhì)層壓復(fù)合材料、梯度材料與結(jié)構(gòu)制造方面具有核心優(yōu)勢(shì)。同時(shí)在高通量鋁/銅換熱器件、高精度傳感器無(wú)損植入以及智能結(jié)構(gòu)/材料等接領(lǐng)域具有顛覆性優(yōu)勢(shì)，因此在新能源汽車、武器裝備、軍工電子、航空航天等領(lǐng)域具有超過(guò)千億的應(yīng)用市場(chǎng)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(jīng)理王波，同時(shí)，我也是哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院焊接專業(yè)2019級(jí)博士研究生。我今天帶來(lái)的項(xiàng)目是高通量航天換熱器件的超聲低溫固相增材制造技術(shù)。
隨著人類的不斷探索和科技的不斷進(jìn)步，世界各國(guó)已經(jīng)將戰(zhàn)略目光由陸地、海洋逐漸轉(zhuǎn)向太空，太空逐漸成為世界各國(guó)未來(lái)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(zhǎng)期服役于晝夜溫差超過(guò)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(lái)保障它的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
現(xiàn)階段，航天器主要采用熱管結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)采用組合安裝方式，同時(shí)需要導(dǎo)熱介質(zhì)填充空隙。導(dǎo)致?lián)Q熱器件換熱效率低，零部件多，重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并間接導(dǎo)致可靠性差等問(wèn)題。
高通量換熱器的制造為航空器提供了突破性的技術(shù)支撐。放眼全球，美國(guó)在此領(lǐng)域的研究起步較早，美國(guó)Fabrisonic公司近年來(lái)已經(jīng)將“超聲波增材制造技術(shù)”應(yīng)用于美國(guó)NASA航天器換熱器件的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，并取得了良好的測(cè)試效果。同時(shí)正是由于這種技術(shù)在美國(guó)的航空航天、軍工電子等重要領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，因此美國(guó)在這一技術(shù)方面對(duì)我國(guó)實(shí)行了嚴(yán)格的技術(shù)封鎖。
近年來(lái)，在國(guó)家相關(guān)戰(zhàn)略的驅(qū)動(dòng)下，深空探測(cè)、探地、星際巡航等探測(cè)任務(wù)列入了國(guó)家的十四五規(guī)劃，以此為背景，我們團(tuán)隊(duì)從2012年就開(kāi)始了這項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)。經(jīng)過(guò)近十年的推進(jìn)，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和裝備。相關(guān)技術(shù)也在異種金屬層狀復(fù)合材料的制備方面獲得了部分應(yīng)用。
1. 技術(shù)優(yōu)勢(shì)
項(xiàng)目技術(shù)具有三大核心優(yōu)勢(shì)。
優(yōu)勢(shì)一，整個(gè)加工過(guò)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(xué)性能。
優(yōu)勢(shì)二，對(duì)于航天換熱器的制造，鋁、銅復(fù)合結(jié)構(gòu)既能保證傳熱、散熱效率，又能保證輕量化設(shè)計(jì)要求，但由于鋁、銅金屬對(duì)電弧、激光的高反射特性以及材料自身的高熱導(dǎo)率，導(dǎo)致該復(fù)合結(jié)構(gòu)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(shù)在這方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
優(yōu)勢(shì)三，超聲波増材制造技術(shù)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(guò)程中允許將三維立體的換熱通道集成到零部件內(nèi)部，將原來(lái)的多組件組裝制造方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐惑w化增材制造結(jié)構(gòu)。通過(guò)這種方式，結(jié)構(gòu)減重可超過(guò)25%以上，制造效率可以提高四倍左右。
2. 運(yùn)營(yíng)情況與市場(chǎng)前景
目前團(tuán)隊(duì)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(lǐng)域熱交換系統(tǒng)零部件的加工制造，包括空調(diào)系統(tǒng)以及動(dòng)力轉(zhuǎn)換模塊中的輕量化換熱器件。此外，重點(diǎn)推進(jìn)商用衛(wèi)星輕量化結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)和定制加工。項(xiàng)目技術(shù)獲得第七屆中國(guó)國(guó)際“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽全國(guó)金獎(jiǎng)，獲得了國(guó)內(nèi)外專家、評(píng)委的一致好評(píng)。
3. 商業(yè)模式
目前主要通過(guò)客戶定制加工、技術(shù)咨詢等方式實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行。未來(lái)逐漸向設(shè)備銷售、批量化代加工、技術(shù)授權(quán)等渠道拓展。
4. 核心團(tuán)隊(duì)
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)核心成員均由哈工大焊接、材料、經(jīng)管等專業(yè)的博碩士研究生和本科生組成。并聘請(qǐng)了哈工大材料學(xué)院張洪濤教授作為技術(shù)顧問(wèn)。

評(píng)委提問(wèn)&點(diǎn)評(píng)

Q

在多批次生產(chǎn)中，怎樣保證產(chǎn)品的一致性？通過(guò)什么樣的檢測(cè)形式去驗(yàn)證產(chǎn)品的一致性？

王波：產(chǎn)品一致性是我們目前著力開(kāi)發(fā)的技術(shù)之一。為了保證一致性，在超聲増材加工期間，通過(guò)配合超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)地將多層材料加工過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷形成定位信息并進(jìn)行反饋，如果缺陷影響到后續(xù)產(chǎn)品的使用，我們會(huì)通過(guò)攪拌摩擦焊接或重新固結(jié)的方式進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行增材，通過(guò)這樣的過(guò)程質(zhì)量控制策略可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品一致性的保障。

Q

在增材制造前期過(guò)程中，有采取何種措施，做了什么樣的工作？

王波：第一，整個(gè)增材制造過(guò)程采用的是過(guò)程質(zhì)量閉環(huán)控制，即時(shí)檢測(cè)即時(shí)處理。第二，通過(guò)超聲波輸出功率的波動(dòng)性可以進(jìn)行質(zhì)量控制，如果增材過(guò)程中有缺陷產(chǎn)生，會(huì)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(guò)一定范圍會(huì)報(bào)警并強(qiáng)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(diǎn)？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(zhuǎn)換模塊的輕量化散熱器制造問(wèn)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(guó)航空創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國(guó)總決賽】上的發(fā)言整理、刪減。(查看更多完整視頻請(qǐng)掃描二維碼)