熔滴沉積過(guò)程中與基板碰撞及凝固的數(shù)值模擬研究.pdf

1、熔滴沉積增材制造技術(shù)是一種新型快速成型技術(shù)，其原理是對(duì)均勻帶電熔滴實(shí)行選擇性帶電和偏轉(zhuǎn)，控制熔滴在基板上準(zhǔn)確定位，逐點(diǎn)逐層堆積，成形出復(fù)雜的幾何造型。該技術(shù)與傳統(tǒng)快速成型技術(shù)相比具有成形材料熔點(diǎn)高、加工成本低、制件性能好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。熔滴變形情況直接影響零件的成形以及成形精度，所以對(duì)熔滴的形態(tài)變化進(jìn)行精確控制是該工藝的關(guān)鍵和難點(diǎn)。然而，由于影響熔滴形態(tài)的因素眾多，只有合理選擇各參數(shù)，才能獲得滿足要求的可控熔滴。 本

2、文首先對(duì)熔滴變形過(guò)程進(jìn)行了分析，根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)控制方程建立了熔滴沉積的理論模型。使用VOF方法對(duì)熔滴的自由表面進(jìn)行跟蹤和修正，使用焓一多孔介質(zhì)的方法對(duì)熔滴內(nèi)部凝固層的變化進(jìn)行追蹤。采用有限體積法，借助流體計(jì)算軟件FLUENT，結(jié)合建立好的熔滴沉積理論模型，通過(guò)數(shù)值計(jì)算成功的模擬了熔滴碰撞和凝固的過(guò)程。 通過(guò)模擬得到可視化結(jié)果，分析不同溫度、速度和熱阻等參數(shù)對(duì)熔滴沉積的影響。．流場(chǎng)和溫度場(chǎng)相互影響，它們共同決定了熔滴碰撞形態(tài)和凝

3、固層的變化。提出了半凝固的概念，以此為臨界點(diǎn)，液相率過(guò)高會(huì)使熔滴發(fā)生坍塌現(xiàn)象，反之在層間會(huì)出現(xiàn)冷隔、空隙等缺陷。計(jì)算得到半凝固狀態(tài)的時(shí)間、凝固層半徑和高度等數(shù)據(jù)，可以用于指導(dǎo)熔滴下落的相互間隔、基板的運(yùn)動(dòng)等工藝參數(shù)的選擇。將模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)照片進(jìn)行對(duì)比，二者有較好的吻合，說(shuō)明建立的模型是合理。 本文借助數(shù)值模擬的方法對(duì)熔滴沉積過(guò)程中碰撞和凝固進(jìn)行分析。通過(guò)研究各參數(shù)對(duì)精確控制熔滴變形、凝固的影響規(guī)律，為研究多個(gè)熔滴的沉積奠定基礎(chǔ)，