按需噴墨打印的壓電設(shè)備中液滴形成過程研究.pdf

1、快速原型技術(shù)(Rapid Prototyping簡(jiǎn)稱RP)，是20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種全新制造技術(shù)。在計(jì)算機(jī)中將三維實(shí)體按層切片，并在計(jì)算機(jī)的控制下通過激光或其他技術(shù)選擇性地固化、切割、燒結(jié)、噴涂等液體、紙、粉末或熱熔性材料等，形成各個(gè)截面輪廓并逐步順序疊加成三維工件實(shí)體?？焖僭图庸ぞ哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)：可迅速制造出自由曲面和更為復(fù)雜形態(tài)的零件，大大降低了新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期，屬非接觸加工，加工效率高。 三維打印是RP

2、的五類方法之一，在RP中處于最活躍和最前沿的位置，在功能性元件等的制造中處于主導(dǎo)地位，同時(shí)也是加工過程最靈活的RP技術(shù)。本文以新加坡國(guó)立大學(xué)“研究和開發(fā)3D的按需微噴設(shè)備系統(tǒng)”項(xiàng)目(新加坡科學(xué)技術(shù)研究機(jī)構(gòu)資助基金,Agency for Science，Technology and Research)為背景，采用理論研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，研究了3D噴墨打印技術(shù)以及壓電噴墨設(shè)備中液滴形成過程。 以控制噴墨打印系統(tǒng)中噴射出的液滴

3、的大小和速度為目標(biāo)，以提高噴墨打印加工過程的精確度為原則，建立了預(yù)測(cè)噴射的液滴的大小和速度的數(shù)學(xué)模型。采用流體體積方法(Volume of fluid，簡(jiǎn)稱VOF方法)模擬出液滴形成的過程，采用流體力學(xué)計(jì)算軟件工具Fluent和Gambit實(shí)現(xiàn)數(shù)值模擬，并用解析的方法研究和計(jì)算得到接近實(shí)際的上流壓力邊界條件。 實(shí)驗(yàn)采用新加坡國(guó)立大學(xué)機(jī)械系建立的按需打印系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)的硬件由XYZ三軸運(yùn)動(dòng)裝置、雙噴頭、加熱器、空氣壓力控制器構(gòu)成

4、，可視化系統(tǒng)及兩臺(tái)電腦共同控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和噴射。模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，模擬的液滴直徑誤差值為0.32 μm(誤差百分比0.53％)、速度誤差值為0.15m/s(誤差百分比6.81％)。通過上述研究，得到如下結(jié)論：噴嘴口的速度歷史是時(shí)域內(nèi)的振蕩函數(shù)；對(duì)電壓進(jìn)行傅立葉級(jí)數(shù)分解時(shí)，推薦使用40項(xiàng)；材料的粘度對(duì)液滴的形成影響很大，當(dāng)粘度的增加，要提高溫度或者增加電壓值來減小粘度的影響；材料密度對(duì)于液滴形成過程的影響很??；表面張力對(duì)液滴形