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。 本文首先對(duì)熔滴變形過程進(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-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，通過數(shù)值計(jì)算成功的模擬了熔滴碰撞和凝固的過程。 通過模擬得到可視化結(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...

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1一1熔滴沉積增材制造技術(shù)原理圖

熔滴沉積增材制造技術(shù)首先由美國(guó)麻省理工學(xué)院(Ml勸和加州大學(xué)(ucI)在20世紀(jì)九十年代初提出，是將噴墨打印技術(shù)的思想應(yīng)用到制造領(lǐng)域而開發(fā)的一種新型快速成形技術(shù)。其基本原理如圖1一1:對(duì)增禍加熱使其內(nèi)部的材料熔化，同時(shí)在上面通入惰性氣體對(duì)熔融液體加壓，使液體從增禍底部的噴嘴噴出形....

圖3一1有限體積法的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格和控制容積

量值近似描述微分方程中各項(xiàng)所表示的數(shù)學(xué)關(guān)系。假設(shè)整個(gè)區(qū)域都劃分為結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，且所有網(wǎng)格大小一致，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的控制容積體積和網(wǎng)格體積(所有相鄰節(jié)點(diǎn)相連所圍成的體積)相等。圖3一1是一個(gè)二維網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)及其控制體積的示意圖，實(shí)心圓點(diǎn)表示節(jié)點(diǎn)，實(shí)線表示由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)周圍虛線圍成的封閉區(qū)....

圖3一6區(qū)域內(nèi)部運(yùn)動(dòng)邊界圖

(2)區(qū)域內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)邊界條件計(jì)算區(qū)域內(nèi)部運(yùn)動(dòng)邊界隨著熔滴形態(tài)變化和溫度變化會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，各種運(yùn)動(dòng)邊界如圖3一6。在熔滴沉積的初始狀態(tài)和中間狀態(tài)都存在有液一氣邊界①，即自由表面，通過VOF方法指定不同的流體體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行區(qū)別，在邊界①上熔滴與大氣發(fā)生以對(duì)流為主的熱傳遞。隨著熔滴溫....

圖4一2熔融鎳滴與玻璃基板碰撞形成的扁平粒子

得到的壓強(qiáng)分布如圖4一3，圖中壓強(qiáng)值是相對(duì)壓強(qiáng)。為了和后面章節(jié)中有關(guān)與時(shí)間變化的分析統(tǒng)一起來(lái)，取熔滴與基板碰撞瞬間的時(shí)間節(jié)點(diǎn)為0，以此節(jié)點(diǎn)往前的時(shí)間取為負(fù)值。從圖可以看出，壓強(qiáng)值最大的地方位于熔滴中心的下方最先與基板接觸處;熔滴與基板

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