超音波凝固

超音波固化（UC）または超音波積層造形（UAM）は、金属用の低温積層造形または3Dプリンティング技術です。^{[ 1 ]}

このプロセスは、加圧下で超音波振動を用いて金属箔を連続的に擦り合わせることで機能し、積層造形におけるシート積層法に分類されます。^{[ 2 ]}溶融は形成メカニズムではありません。代わりに、金属間の表面酸化膜を破壊することによって固体状態で金属が接合され、これは超音波金属溶接メカニズムと呼ばれます。^{[ 3 ] [ 4 ]} CNC輪郭フライス加工は、内部構造を導入し、金属部品に詳細を追加するために、プロセスの積層段階と交互に使用されます。UAMは、金属間化合物の形成がないか最小限で、複数の種類の金属を接合する能力、つまり異種金属接合が可能であり^{[ 5 ] [ 6 ]} 、比較的低い温度で温度に敏感な材料を埋め込むことができます^{[ 7 ] [ 8 ]} —通常は金属マトリックスの融点の50%未満です。^{[ 9 ]}

超音波固化または超音波積層造形プロセスは、ドーン・ホワイトによって発明され、特許を取得しました。^{[ 10 ]} 1999年、ホワイトは商用UAM装置であるForm-ationマシンスイートを販売するためにSolidica Inc.を設立しました。2007年頃、エジソン溶接研究所（EWI）とSolidicaは、接合品質の制限を解消し、プロセスの溶接可能な金属を拡大するために溶接ツールを再設計するコラボレーションを開始しました。これは、いわゆる超高出力UAMです。^{[ 11 ]} 2011年、改良されたUAMプロセスであるSonicLayerマシンスイートを商業化するためにFabrisonic LLCが設立されました。^{[ 12 ]}同時に、オハイオ州立大学にSonicLayer 4000システムが導入されました。^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

他のほとんどの積層造形プロセスと同様に、UCは必要なオブジェクトのCADモデルから直接オブジェクトを作成します。その後、ファイルはレイヤーに「スライス」され、UCマシンが目的のオブジェクトをレイヤーごとに構築するために使用できるCNC Gコードファイルが生成されます。

一般的な製造工程は以下のとおりです。

• ベースプレートを機械のアンビル上に置き、所定の位置に固定する。
• 次に、金属箔をソノトロードの下に引き込み、ソノトロードが垂直方向の力と超音波振動によって圧力を加え、金属箔をプレートに接着する。
• この工程は、必要な面積が超音波処理された材料で覆われるまで繰り返される。
• 次に、CNCフライス盤を使用して部品から余分な箔をトリミングし、必要な形状を実現します。
• 堆積とトリミングのサイクルは、指定された高さ（通常3～ 6mm）に達するまで繰り返されます。
• この高さでは、より小型の仕上げ加工機を使用して、部品に必要な公差と表面仕上げを実現します。
• 鋳造、トリミング、仕上げの工程は、完成品が製造されるまで続けられます。完成品が製造された時点で、金床から取り外され、ベースプレートから取り外されます。

箔間の冶金的結合形成のメカニズムは、上箔上の微細な凹凸の微視的な変形によって説明できます。^{[ 16 ]}ソノトロードの表面は通常、振動を受ける上箔のグリップを容易にするためにテクスチャ加工されています。結果として上箔表面に生じる粗い痕跡は、次の層の結合に影響を与えます。微細な凹凸が超音波振動によって押しつぶされると、上箔と下箔の間の接触面積が拡大します。