液滴喷射过程仿真分析及喷射成型装置开发

• 作 者: 陈龙
• 出 处: 西安科技大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 液滴喷射 仿真分析 喷射成型装置

液滴喷射增材制造技术是近年来发展起来的一种新的快速成型技术,由于其成型材料广泛、能耗小、成本低、成型件精度高,被广泛应用于生物医学、微结构制造以及微电子等领域。现有的液滴喷射成型装置多采用气压供压,经常出现压力不稳,导致装置整体性能较差,且对液滴喷射断裂机理和液滴形态的影响因素研究较少。因此,本文在对液滴喷射过程进行仿真分析的基础上,开发了液压供液加压式液滴喷射成型装置。仿真分析了液滴的喷射过程。首先,从流体力学理论出发介绍了液滴喷射类型、射流不稳定性理论以及液滴断裂机理。其次,采用FLUENT软件利用流体体积(Volume of Fluid,VOF)两相流模型模拟了脉冲信号作用下喷射液的喷射过程,分别对液滴断裂过程中的流场、速度场、气流场和压力场进行了深入分析,揭示了断裂过程中液滴外部和内部的微观变化规律,并说明了变化的原因。最后,对喷射下落过程中影响液滴形态的因素进行了仿真分析,研究了喷射液物理性质参数和喷射工艺参数对液滴大小与成球距离的影响。结果表明:喷射下落过程中液滴的形态变化主要经历了伸长、颈缩、断裂、振荡、成球五个阶段;下落过程是一个液滴内部速度和压力不断调整变化的过程;喷射液物理性质参数对液滴形态的影响甚小,液滴形态主要受喷射工艺参数的影响。开发了液压供液加压式液滴喷射成型装置。制作了多种类型的喷头,设计并搭建了三种液压供液加压系统,经多次改进开发出了较为完善的液滴喷射成型装置,最后利用开发出的喷射成型装置对本文的仿真结论进行了具体实验验证,实验结果与仿真结论吻合较好,设备运行稳定、喷射可行。本研究对液滴喷射增材制造技术的发展、推广与应用具有一定的实际意义。