熔滴沉积过程中与基板碰撞及凝固的数值模拟研究

发布时间：2024-02-20 02:20

　　熔滴沉积增材制造技术是一种新型快速成型技术，其原理是对均匀带电熔滴实行选择性带电和偏转，控制熔滴在基板上准确定位，逐点逐层堆积，成形出复杂的几何造型。该技术与传统快速成型技术相比具有成形材料熔点高、加工成本低、制件性能好等优点，具有广阔的应用前景。熔滴变形情况直接影响零件的成形以及成形精度，所以对熔滴的形态变化进行精确控制是该工艺的关键和难点。然而，由于影响熔滴形态的因素众多，只有合理选择各参数，才能获得满足要求的可控熔滴。 本文首先对熔滴变形过程进行了分析，根据计算流体力学控制方程建立了熔滴沉积的理论模型。使用VOF方法对熔滴的自由表面进行跟踪和修正，使用焓-多孔介质的方法对熔滴内部凝固层的变化进行追踪。采用有限体积法，借助流体计算软件FLUENT，结合建立好的熔滴沉积理论模型，通过数值计算成功的模拟了熔滴碰撞和凝固的过程。 通过模拟得到可视化结果，分析不同温度、速度和热阻等参数对熔滴沉积的影响。流场和温度场相互影响，它们共同决定了熔滴碰撞形态和凝固层的变化。提出了半凝固的概念，以此为临界点，液相率过高会使熔滴发生坍塌现象，反之在层间会出现冷隔、空隙等缺陷。计算得到半...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1一1熔滴沉积增材制造技术原理图

熔滴沉积增材制造技术首先由美国麻省理工学院(Ml劝和加州大学(ucI)在20世纪九十年代初提出，是将喷墨打印技术的思想应用到制造领域而开发的一种新型快速成形技术。其基本原理如图1一1:对增祸加热使其内部的材料熔化，同时在上面通入惰性气体对熔融液体加压，使液体从增祸底部的喷嘴喷出形....

图3一1有限体积法的节点网格和控制容积

量值近似描述微分方程中各项所表示的数学关系。假设整个区域都划分为结构网格，且所有网格大小一致，每个节点的控制容积体积和网格体积(所有相邻节点相连所围成的体积)相等。图3一1是一个二维网格节点及其控制体积的示意图，实心圆点表示节点，实线表示由节点构成的网格，节点周围虚线围成的封闭区....

图3一6区域内部运动边界图

(2)区域内部的运动边界条件计算区域内部运动边界随着熔滴形态变化和温度变化会发生复杂的变化，各种运动边界如图3一6。在熔滴沉积的初始状态和中间状态都存在有液一气边界①，即自由表面，通过VOF方法指定不同的流体体积分数进行区别，在边界①上熔滴与大气发生以对流为主的热传递。随着熔滴温....

图4一2熔融镍滴与玻璃基板碰撞形成的扁平粒子

得到的压强分布如图4一3，图中压强值是相对压强。为了和后面章节中有关与时间变化的分析统一起来，取熔滴与基板碰撞瞬间的时间节点为0，以此节点往前的时间取为负值。从图可以看出，压强值最大的地方位于熔滴中心的下方最先与基板接触处;熔滴与基板

本文编号：3903689