Verfahren & Technologien W3D-TECH-28 ISO/ASTM 52900 Validiert

Ultrasonic AM (UAM): Ultraschall-Blechlaminierung & Sensorintegration

Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM / UCAM): Blechlaminierung bei Raumtemperatur, Einbettung von Glasfasersensoren und Elektronik in Vollmetall, Multimaterial-Verbunde.

Stand: 2026-03-24 Lesezeit: 8 min Fachredaktion Additive Fertigung
Executive Summary & Technische Kernaussagen Normativer Status: Valide

Ultrasonic Additive Manufacturing (UAM oder UCAM / Sheet Lamination nach ISO/ASTM 52900) verschweißt Metallfolien und Bleche durch hochfrequente Ultraschallschwingungen (20 kHz) unter statischem Druck. Der Prozess findet bei Raumtemperatur oder moderater Vorerwärmung (< 150 °C) im Festkörperzustand statt. Dadurch lassen sich temperaturempfindliche Komponenten wie Glasfaser-Bragg-Sensoren (FBG), Leiterbahnen und Mikrokanäle unbeschadet in massive Metallblöcke einbetten. Zudem können thermodynamisch unschmelzbare Materialkombinationen (z. B. Kupfer auf Aluminium) dauerhaft diffusionsverschweißt werden.

  • Kaltverschweißung bei Raumtemperatur verhindert thermische Schädigung eingebetteter Sensorik.
  • Direkte Integration von Lichtwellenleitern (Glasfaser) für Smart Parts mit In-situ-Spannungsüberwachung.
  • Erlaubt nahtlose Multimaterial-Verbundstrukturen aus Aluminium, Titan, Kupfer und Nickel ohne Sprödphasen.
Schallfrequenz
20 kHz Ultraschall
Prozesstemperatur
< 100 - 150 °C
Folienstärke
100 - 250 µm
Sensorintegration
Glasfaser, Thermoelemente

Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich

ISO/ASTM 52900
Merkmal UAM (Ultraschall-Bleche) LPBF Pulverbett Laser-DED
Prozesstemperatur Nahe Raumtemperatur (< 150 °C) Schmelzpunkt (> 1.400 °C) Schmelzpunkt (> 1.400 °C)
Elektronik-Einbettung Möglich (keine Zerstörung) Unmöglich (Sensoren schmelzen) Unmöglich
Verarbeitungsform Metallbänder / Folien Feines Metallpulver Metallpulver oder Draht
Hybride CNC-Bearbeitung Integrierte Frässpindel obligatorisch Meist nachgelagert Als Hybridzelle möglich
Schichtanbindung Reibungs-Festphasen-Bindung Schmelzmetallurgisch Schmelzmetallurgisch
01

Funktionsweise der Sonotrode und atomare Reibverschweißung

Eine rotierende Walzen-Sonotrode überträgt mechanische Querschwingungen mit 20.000 Zyklen pro Sekunde auf die Metallfolie. Unter dem Anpressdruck brechen spröde Oxidhäute an den Grenzflächen schlagartig auf. Reine Metallatome gelangen in atomaren Kontakt (akustisches Weichmachen / Acoustic Softening), woraufhin Festkörperdiffusion ohne Schmelzen einsetzt.

02

Smarte Bauteile: Sensorik im Bauteilinneren

In den laminierten Verbund fräst eine integrierte CNC-Spindel winzige Kanäle. Dort werden faseroptische Sensoren, Dehnungsmessstreifen oder piezoelektrische Elemente eingelegt. Die darauffolgenden Metallfolien überdecken und versiegeln die Sensoren hermetisch. Das Ergebnis ist ein massives Metallbauteil, das im laufenden Betrieb Belastungen, Risse und Vibrationen aus dem Inneren heraus meldet.

03

Multimaterial-Wärmetauscher und Verbundstrukturen

In der Halbleiterindustrie und Luftfahrt können alternierende Schichten aus hochleitfähigem Kupfer und strukturell steifem Aluminium oder Titan fehlerfrei kombiniert werden, ohne dass sich die bei Schmelzprozessen gefürchteten spröden intermetallischen Phasen bilden.

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Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Welche Festigkeit besitzen UAM-Verbundstrukturen?
In der Folienebene (X/Y) entspricht die Festigkeit dem vollen Ausgangsblech. In Z-Richtung (senkrecht zu den Schichten) erreichen optimierte Systeme bis zu 85 bis 92 % der Grundwerkstoff-Zugfestigkeit.
Welche Blechwerkstoffe lassen sich verschweißen?
Hervorragend eignen sich Aluminium-, Kupfer-, Nickel-, Titan- und Tantalfolien sowie Edelstahlbänder bis etwa 0.25 mm Dicke.
Wird Schutzgas benötigt?
Nein, UAM arbeitet vollständig an normaler Raumluft ohne Schutzgas oder Vakuum.

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