铝合金熔体微喷射沉积工艺研究

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1、为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。铝合金熔体微喷射沉积工艺研究　　摘要：针对铝合金熔体沉积增材制造中铝合金液流断续随机性变化、断续形貌等参数难以控制和预测的现存问题，采用理论分析与试验研究相结合的方法，对铝合金液流断续过程中的断续形貌及其影响因素脉冲压力、脉冲频率等进行了研究，揭示了断续形貌长度分布规律。结果表明：通过调节脉冲气压和脉冲频率，可以提高铝合金液流断裂的形态精度和尺寸

2、精度，可为后续制造过程提供稳定的均匀微滴流。　　关键词：铝合金熔体；断续沉积；脉冲压力；脉冲频率；沉积形貌　　DOI：//　　铝合金熔体沉积3D打印技术是上世纪90年代初兴起的一种新型铝合金零件快速成型技术，该技术基于离散/堆积原理，通过控制铝合金熔体沉积轨迹，进行逐点、逐层沉积，直至成形出复杂零件[1]。为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆

3、盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　目前，对该技术的研究主要通过试验与数值模拟两种方法对进行。一方面，采用试验研究的方法探索均匀液滴喷射的机理。国内北京有色铝合金研究总院为了探索新型无铅焊料在电子封装上的应用[2]，采用连续式均匀液滴喷射技术，研究毛细波动对铝合金射流断裂的影响[3]，测量了铝合金锡熔体在不同喷嘴直径下的压力-速度曲线，并研究了表面波波长和激振频率的关系，制备了均匀焊料颗粒。目前国内外已有研究

4、多注重铝合金喷射与熔滴形态变化的分析，并未结合铝合金液流和熔滴速度与脉冲变化进行系统研究。通过研究铝合金熔体沉积速度和脉冲压力等物理场的变化，选择合适的沉积参数，提高熔滴的精度仍然是均匀熔滴沉积技术需要解决的重要问题。　　本文采用理�与试验相结合的研究方法，建立了铝合金熔体断续沉积简化解析模型，分析了在脉冲压力作用下铝合金熔体沉积的影响因素和动态变化规律。　　1铝合金液流断续特性数值分析　　模型建立及工艺参数分析　　假设铝合金熔体液流为不可压缩的流体，且液流过程无热损失。密度为ρ，表面张力为σ，喷嘴内孔为圆形，半径为D0

5、。以液流轴线为对称轴建立坐标系，液流方向为z正方向。当对液流施加轴向方波脉冲压力时，铝合金液流仍会保持轴对称状态，但内部会产生压力波动。在压力波动与铝合金表面张力的作用下，铝合金液流会产生劲缩、断续形态，逐渐形成直径为D的圆球，如图1所示。　　铝合金液流熔滴断续分析为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教师培

6、训同步进行。设备安装到位后，中心校组织各学点管理人员统一到县教师进修学校进行培训，熟悉系统的使用和维护。　　图2为典型的铝合金熔体液流沉积形态演变过程。由图可知，整个过程可分为铝合金液流挤出、颈部收缩、熔滴成形及沉积铺展四个阶段。在铝合金液流挤出阶段，对熔融铝合金施加正向压力，使得坩埚内部压强迅速上升，熔融铝合金向下运动，坩埚底部的腔体区域压强最大，熔融铝合金通过喷嘴挤出，如图2所示。在颈部收缩阶段，脉冲压力停止加压，坩埚内部整体压力减小，喷嘴处熔体压力的陡然减小导致铝合金液流产生局部颈缩。而喷嘴外部的熔体柱则继续下落，

7、铝合金熔体形状初步形成，如图2所示。第三阶段为熔滴成形阶段，随着铝合金熔体下落及腔体内熔体的回流，喷嘴内铝合金熔体回流速度逐渐增大。最终，铝合金熔体脱离空腔内液体，形成独立铝合金熔体，断续过程2所示。铝合金熔体断续之后，由于自身表面张力作用，逐渐形成圆球形，如图2。第四阶段为铝合金熔体沉积成形阶段，随着下落进行，在铝合金粘性的表面张力作用下，铝合金熔体头部速度逐渐增大，尾部速度逐渐减小。在整个下落过程中，铝合金熔体头部和尾部的速度差逐渐地减小，最终铝合金熔体达到较为稳定的状态，成为一个近似圆形的球体，具体如图2所示。　　

8、2不同工艺参数对熔滴成形实验验证　　脉冲压力P对熔滴成形的影响为了充分发挥“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备的作用，我们不仅把资源运用于课堂教学，还利用系统的特色栏目开展课外活动，对学生进行安全教育、健康教育、反邪教教育等丰富学生的课余文化生活。为了确保“教学点数字教育资源全覆盖”项目设备正常使用，我校做到安装、教