微域保护气对金属微滴喷射过程影响机制研究

摘要：

金属微滴喷射3D打印过程需在低氧环境(氧含量低于50 ppm)下进行,现有设备常采用带除氧系统的密闭手套箱来维持低氧环境,但因其空间受限,操作不便,很难适应该技术向应用领域拓展.在微滴喷射出口处构建微域低氧环境,既可保护微滴喷射时不被氧化,又能扩大该技术应用范围并提高操作灵活性,是促进金属微滴喷射3D打印技术工程化应用的一个关键.但施加保护气会产生气流扰动,不利于微滴稳定喷射和精确沉积.为解决现有微域保护技术不足,设计开发一种新型环形射流微域保护装置,结合微域保护下的锡合金微滴喷射试验与微域气流流场模拟,揭示氧化和气流动力学对微滴喷射过程作用机制.研究发现当保护气供应不足时,金属射流由于氧化表面张力降低、黏度增大(即Oh数增大),会断裂为带锥形拖尾的单颗熔滴;当保护气供应过大时,气流在射流根部产生二次涡,使射流二次断裂,并生成多颗熔滴.最终在合适参数下打印出较长沉积距离熔合良好、堆叠整齐的锡合金立柱和尺寸均匀、落点准确的凸点阵列,证实环形射流微域保护装置的有效性.研究成果可为金属微滴喷射3D打印技术的推广应用提供关键技术支持和理论基础.

关键词：金属微滴喷射、微域保护气、氧化、气流动力学

所属期刊栏目：59

分类号：TH16

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

在线出版日期：2023-04-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：219-230