无需胶水：通过3D打印与超声波技术实现木材和金属的强力粘合

2024年8月29日，南极熊获悉，奥地利格拉茨理工大学（TU Graz）的科学家们近日推出了两种突破性的连接材料新技术，预示着制造业将迎来革命性的变革。这两种方法能够在孔隙层面形成超强粘合，无需依赖传统的腐蚀性粘合剂，从而大幅提升环保性和生产效率。

△在超声波连接中，木材和金属等两种材料通过声波摩擦产生的热量连接在一起

技术研发背景

传统工业胶粘剂虽然能够有效连接各类材料，但其环境影响却不容忽视。以石油基化学品为原料的胶粘剂不仅生产过程消耗大量能源和资源，还会释放有害污染物。使用后，这些胶粘剂会对土壤和地下水造成污染，同时某些化学品对工人健康也存在潜在风险。尽管市场上已有多种尝试改进的环保粘合剂，包括可重复使用的植物胶和可生物降解的产品，但奥地利研究团队却采用了全新的方法。

△通过“Addjoining”技术，研究人员可以将塑料复合材料直接通过3D打印的方式打印到未经处理的木材表面上

3D打印技术带来创新性粘合方案

研究人员开发了名为“Addjoining”的先进3D打印工艺，通过该技术，能够直接在未经处理的木材表面打印各种材料，使它渗透至木材的孔隙中，形成强力的粘合。实验表明，连接处断裂发生在木材和聚合物中，而非接头处，证明了该方法的有效性。

格拉茨技术大学材料科学、连接与成型研究所的博士后研究员Gean Marcatto解释道：“在断裂过程中，我们能够在木材孔隙中找到聚合物，并在聚合物中发现断裂的木纤维，这表明粘合发生在木材与聚合物的结合处，而非接头位置。”

研究团队还提出，通过激光蚀刻技术创建更复杂的木材结构或增大孔隙，将进一步提升3D打印粘合的强度。这种技术特别适用于复杂的3D几何形状，因为它允许组件直接在表面上打印，满足多样化的设计需求。

研究负责人Sergio Amancio表示：“我们希望尽可能简化操作步骤，并且最重要的是避免使用化学品。这项技术特别适合用于复杂的三维结构，因为它可以直接在表面上打印所需的几何形状。”

△IIW国际焊接与连接会议

新型超声波连接技术

研究人员提出的第二种连接技术被称为“超声波连接”。这种方法使用一种称为超声波发生器的设备，通过木材和金属聚合物的接合处发射高频低振动的声波。这些声波在接合处产生摩擦，从而生成足够的热量以将两种材料粘合在一起。

该研究的共同作者Awais Awan表示：“由于我们实现了精确的局部点连接，因此这项技术特别适合用于大型部件和二维结构。”研究人员相信，这种新型绿色连接技术具有广泛的应用潜力，尤其在家具、汽车和航空行业中表现突出。

目前，研究成果已在上个月IIW年会和国际焊接与连接会议上发表。未来，该团队希望与汽车、飞机和家具行业的合作伙伴合作，进一步完善这些技术。