脈沖微孔均勻金屬液滴噴射沉積成型技術(shù)研究.pdf

1、均勻液滴噴射沉積成型技術(shù)是一種新型的快速成型技術(shù)，其原理為將成型材料離散為均勻的液滴，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)根據(jù)加工零件的數(shù)據(jù)信息生成運(yùn)動(dòng)軌跡并帶動(dòng)工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，液滴在工作平臺(tái)上準(zhǔn)確定位，逐點(diǎn)、逐層沉積，直至形成所需的幾何形狀。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)快速成型工藝對(duì)材料的限制，即可實(shí)現(xiàn)非金屬材料的成型，也可實(shí)現(xiàn)金屬材料的成型。與傳統(tǒng)快速成型方法相比，該方法具有材料使用廣泛、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。其中，成型過(guò)程中液滴噴射的精度是該技術(shù)的關(guān)鍵之一，直接

2、決定了成型制件的質(zhì)量。脈沖微孔噴射法(Pulsated Orifice Ejection Method，POEM)作為按需噴射技術(shù)中的一種，利用壓電陶瓷產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由傳動(dòng)桿將位移直接傳遞給坩堝底部噴射孔附近的局部熔體，打破噴口處內(nèi)外表面張力和熔體靜壓力所形成的平衡，使坩堝內(nèi)等量的液體脫離噴口處的液面斷裂形成液滴。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)液滴噴射的精確控制，是一種真正意義上的按需可控噴射。
　　本文主要基于快速成型原理，將脈沖微孔噴射技術(shù)與

3、快速成型技術(shù)完美結(jié)合，自主研制開(kāi)發(fā)了脈沖微孔均勻液滴噴射沉積裝置。該裝置主要包括均勻液滴產(chǎn)生系統(tǒng)、平臺(tái)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖像采集系統(tǒng)及真空系統(tǒng)，其中液滴產(chǎn)生系統(tǒng)由壓力控制系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等組成。
　　基于自主搭建的成型系統(tǒng)，利用Sn63Pb37共晶合金進(jìn)行了液滴噴射實(shí)驗(yàn)，研究分析了脈沖微孔噴射裝置的可控性，討論了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)液滴噴射的影響，得到以下結(jié)論:液滴尺寸與壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)電壓及坩堝內(nèi)外差壓成線性增長(zhǎng)關(guān)系;

4、加熱溫度、壓電陶瓷振動(dòng)頻率和噴射時(shí)間對(duì)液滴噴射的影響不明顯;微孔孔徑是決定液滴尺寸的主要因素;對(duì)液滴下落過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)行為和熱力學(xué)行為進(jìn)行了理論分析，結(jié)果表明下落高度為0.15m時(shí)液滴未發(fā)生凝固，為沉積距離的選擇提供理論基礎(chǔ);對(duì)液滴沉積成型工藝進(jìn)行研究，分析了工作平臺(tái)不同運(yùn)動(dòng)速度對(duì)液滴重合的影響，得到以下結(jié)論:在噴射頻率為2Hz，沉積距離為80mm時(shí)，工作平臺(tái)速度為600μm/s，相鄰液滴具有較好的重疊狀態(tài);速度過(guò)慢會(huì)發(fā)生過(guò)度重合，速度