一、引言

超聲輔助增材制造技術是一種新興的制造工藝，它將超聲振動與傳統的增材制造技術相結合，通過超聲波的作用改善材料的沉積、固化和成型過程，提高制造效率和質量。高壓放大器在這一技術中發揮著關鍵作用，為超聲換能器提供高功率、高精度的驅動信號，確保超聲振動的穩定性和有效性。

圖：ATA-7030高壓放大器在熔滴噴射金屬增材制造中的應用

二、超聲輔助增材制造技術原理

超聲輔助增材制造技術利用超聲波在材料中的傳播和振動效應，對材料進行局部處理。超聲波通過換能器轉化為高頻機械振動，作用于材料表面或內部，改善材料的流動、固化和結合特性。這種技術可以應用于金屬、聚合物和復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）提供高功率驅動信號

超聲換能器需要高功率信號才能產生足夠強度的超聲振動。高壓放大器能夠將信號發生器產生的低功率信號放大到高功率水平，驅動換能器工作。例如，Aigtek的ATA-7100高壓放大器最大輸出電壓40kVp-p（±20kVp），能夠為超聲換能器提供穩定的高功率驅動信號。

（二）精確控制超聲振動參數

高壓放大器可以精確控制輸出信號的幅值、頻率和相位，從而實現對超聲振動強度和頻率的精確調節。通過調整這些參數，可以優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，適當增加超聲振動強度可以擴大工藝窗口，優化熔池動態行為，細化枝晶尺寸，改善冶金質量，抑制球化效應，提高沉積效率，并增強近凈成形能力。

圖：高壓放大器在電子束增材制造聚焦消像散控制技術研究的應用

（三）改善制造質量和效率

超聲振動能夠改善材料的流動性和結合性能，減少缺陷和瑕疵的產生。在超聲輔助增材制造中，超聲振動可以細化晶粒、減少孔隙率、提高材料的致密性和機械性能。此外，超聲振動還可以加速材料的固化過程，提高制造效率。

四、應用案例

（一）超聲輔助金屬增材制造

研究表明，超聲振動作用下的熔池動態行為得到優化，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，且工藝窗口明顯擴大。超聲振動的引入降低了初始臨界熱功率，擴大了熔池尺寸，抑制了熔滴波動，提升了熔池穩定性，改善了熔體潤濕與鋪展行為，減少了粉末飛濺，優化了熔體流動與傳熱，細化了晶粒，減少了孔隙率，顯著改善了冶金質量，抑制了球化效應，提高了沉積效率，并增強了近凈成形能力。

圖：ATA-7100高壓放大器指標參數

（二）超聲輔助聚合物增材制造

在聚合物增材制造中，超聲振動可以改善材料的流動性和層間結合強度。超聲振動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量。此外，超聲振動還可以促進聚合物分子的重新排列和結晶，提高材料的機械性能和耐熱性。

（三）超聲輔助復合材料增材制造

對于復合材料的增材制造，超聲振動有助于改善纖維的分散和取向，增強纖維與基體的結合力。超聲振動可以減少復合材料中的空隙和缺陷，提高材料的強度和剛度。此外，超聲振動還可以在復合材料的制造過程中實現原位固化，提高生產效率。

圖：ATA-7000系列高壓放大器指標參數

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，可以驅動高壓型負載。電壓增益數控可調，一鍵保存常用設置，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動信號、精確控制超聲振動參數、改善制造質量和效率，推動了增材制造技術的發展和創新。隨著超聲輔助增材制造技術的不斷進步，高壓放大器的應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。