液滴沉积增材制造技术是近年来发展起来的一种快速成型新技术,其原理是对液体射流施加周期性扰动,并对所形成的均匀液滴实行选择性带电和偏转,控制液滴在基板上准确定位,逐点逐层堆积,从而成形出一定形状的几何造型。该技术克服了传统快速成型技术在材料上的局限,具有成形材料广、效率高、能耗低、成本低、一次成形无需后处理等优点,应用前景广阔。得到稳定的均匀液滴流是该技术的关键和难点,然而,由于影响液滴流均匀性的因素众多,只有当各喷射参数匹配合适时,才能得到均匀液滴流。本文针对以上问题,建立了均匀液滴喷射过程流场和温度场的计算模型,通过理论分析和数值模拟,研究了各喷射参数对射流和液滴流的影响规律,通过参数的合理匹配,模拟得出了均匀液滴流,为液滴沉积增材制造技术实际应用奠定了理论基础。 本文建立了均匀液滴喷射过程的理论模型,导出了射流速度和最优频率的理论值计算方法,从而得出了不同喷射压强下的射流速度和最优频率的理论值及所存在的规律,实现了对喷射结果的理论预测,不但为模拟结果提供了对比参数,而且对于合理选取工艺参数具有指导意义。 采用动网格法实现了振动杆和振动盘的周期振动,通过自行编制的动网格程序,实现了振动杆和振动盘的正弦振动和调幅振动,不同时间的振动位移与理论值一致,说明利用动网格法描述振动杆和振动盘的周期振动是可行的。 采用有限体积方法,借助计算流体动力学软件FLUENT成功地模拟了石蜡液滴喷射过程的流场和温度场及其变化规律。通过仿真分析,研究了喷射压强、扰动频率、扰动振幅、振动盘尺寸和位置、坩埚结构等参数对射流及液滴流形态的影响,得出液滴流的均匀性主要取决于扰动频率,扰动振幅对其也有一定影响;研究了振幅调制情况下频率比、调制度以及载波频率等参数对液滴流形态的影响,将模拟结果与正常喷射情况下的液滴流形态进行对比,得出其内在规律。模拟结果与理论值吻合较好。 本文模拟结果可以为液滴的充电、偏转和沉积固化过程提供参考数据,为液滴沉积增材制造工艺的实现和工艺参数的合理选取奠定了理论基础。