机械工程学报

作者：周怡, 齐乐华, 罗俊, 苏林

单位：西北工业大学机电学院 西安 710072

关键词：金属微滴喷射,微域保护气,氧化,气流动力学；

基金：国家自然科学基金（51772245、51972271）和中央高校基本科研业务费专项资金（3102019ZX049）资助项目。

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。

来源：2023年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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