基于EHD微尺度3D打印喷射机理、模拟和实验的研究

发布时间：2018-01-03 02:01

本文关键词：基于EHD微尺度3D打印喷射机理、模拟和实验的研究　出处：《青岛理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术,其最典型的就是3D打印技术。3D打印利用三维设计数据可以快速而精确地制造出任意的复杂三维结构,解决传统方法难以制造成形复杂三维结构零件的问题。其中,复杂三维微纳结构在现代工业中有着重要的应用,基于EHD微尺度3D打印(电流体动力喷射打印或电喷印)是近年新出现的一种新型微纳尺度3D打印,与现有的微纳尺度3D打印技术相比,它在成本、效率、可控性、打印面积等方面已经显示出突出的优势和潜能,而且还具有兼容性好(适用材料广泛,以及高粘度液体)、成本低、结构简单、分辨率高的特点。本文初步探索了电喷印的喷射机理和工作原理,研究了不同工艺参数对电喷印结果的影响规律,最终确定了理想喷印应该具备的工作条件。本文在结合经典流体力学和电动力学理论分析的基础上,对喷印原理进行了系统的阐述,并分别分析了导体和电介质两种流体在静电场内的受力情况。分析了锥射流模式中泰勒锥的受力情况,并对不同电压和压力情况下毛细管端口的液体形态变化进行了理论分析。分析了电喷印实验平台的硬件基础,确定了基本硬件结构,对实验器材和材料性能要求进行了必要地探讨。结合电喷印的理论分析,对静电场中液滴变形和锥射流形成过程进行了数值模拟。计算了不同电压和压力下锥射流形态的变化过程,最终得出与理论分析一致的变化结果。搭建电喷印的实验装置,通过实验观测了电喷印的喷印过程,研究了不同电压和压力下喷印过程中锥射流模式的变化,验证了理论分析和数值模拟的正确性。喷印模式与电压和入口压力有关,电压越大,锥射流锥形越“短”,过大的电压会导致多股射流。入口压力越大,锥射流锥形会越“长”,过大的压力会使得锥射流趋向于垂直射流,锥射流模式消失。说明在一定的电压和压力范围内锥射流模式都可以形成,喷印可以正常完成,而不是需要特定的电压和压力值才能形成。结合数值模拟结果和直流电压下喷印的实验规律,进一步研究脉冲电压对于喷印的影响规律。其中,频率越大,沉积液滴直径越小;频率不变,电压幅值或入口压力增大都会使沉积液滴直径增大。同时,若失去液滴喷射频率和脉冲频率的一一对应关系,可以适当增大电压幅值或气压,则仍可以得到其对应关系,这对于提高电喷印频率和效率具有重要的意义。最终通过160μm内径的喷印针头,获得了喷射频率为300Hz和平均直径为52.3μm的液滴,确立了较为理想的喷印工艺条件。
[Abstract]:In this paper , based on the analysis of classical fluid mechanics and electrodynamics theory , the paper presents a new type of micro - nano - scale 3D printing , which is based on the analysis of classical fluid mechanics and electrodynamics theory . In this paper , the effect of pulse voltage on jet printing is studied by means of the numerical simulation results and the experimental law of jet printing under direct current voltage . The results show that the larger the frequency , the smaller the diameter of the deposited droplet , the larger the frequency , the voltage amplitude or the inlet pressure can increase the diameter of the deposited droplet .

【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP391.73

【相似文献】