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)。在計算機中將三維實體按層切片，并在計算機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，形成各個截面輪廓并逐步順序疊加成三維工件實體?？焖僭图庸ぞ哂幸韵聝?yōu)點：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，同時也是加工過程最靈活的RP技術(shù)。本文以新加坡國立大學(xué)“研究和開發(fā)3D的按需微噴設(shè)備系統(tǒng)”項目(新加坡科學(xué)技術(shù)研究機構(gòu)資助基金,Agency for Science，Technology and Research)為背景，采用理論研究與實驗驗證相結(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，簡稱VOF方法)模擬出液滴形成的過程，采用流體力學(xué)計算軟件工具Fluent和Gambit實現(xiàn)數(shù)值模擬，并用解析的方法研究和計算得到接近實際的上流壓力邊界條件。 實驗采用新加坡國立大學(xué)機械系建立的按需打印系統(tǒng)完成。該系統(tǒng)的硬件由XYZ三軸運動裝置、雙噴頭、加熱器、空氣壓力控制器構(gòu)成

4、，可視化系統(tǒng)及兩臺電腦共同控制系統(tǒng)的運動和噴射。模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的對比表明，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域內(nèi)的振蕩函數(shù)；對電壓進行傅立葉級數(shù)分解時，推薦使用40項；材料的粘度對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；材料密度對于液滴形成過程的影響很小；表面張力對液滴形