一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法与流程

技术特征：
1.一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，包括：步骤1：建立计算微滴喷射的流体力学模型，进行网格的划分，定义喷射参数以及喷射材料物理属性；步骤2：建立步骤1模型的控制方程，设置初始条件和边界条件，并依据方程模拟出微滴喷射成形过程；步骤3：根据步骤2控制方程计算体积分数变量，确定液相与气相交界面，根据喷嘴轴线附近网格的体积分数变量判断微滴的喷射状态；步骤4：当步骤3喷射状态为稳定喷射时，根据喷嘴正下方基材附近网格的体积分数变量计算微滴沉积尺寸。2.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤1中，喷射参数包括流体进给压力、喷嘴距基材高度、喷射频率、基材移动速度、压电膜片动作参数、撞针动作参数；喷射材料物理属性包括材料参数和材料类型；材料参数包括密度和粘度；材料类型包括牛顿流体以及假塑性流体、膨胀性流体。3.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤2中，控制方程包括能量守恒方程、质量守恒方程和动量守恒方程，并对压力、温度和体积分数三个方面进行初始条件和边界条件的设置。4.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤3中，定义体积分数变量α，若α＝1，则网格单元内部为液体域；若α＝0，则网格单元内部为气体域，若0＜α＜1，则网格单元内为气体与液体混合域；根据控制方程计算体积分数变量α；根据α值为0.5的条件追踪确定液相与气相的交界面。5.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤3中，喷射状态的判断方法为：在一次微滴喷射周期结束后，确定喷嘴轴线附近液相与气相的交界面，遍历液相与气相交界面的所有网格，提取所有网格的x轴、y轴、z轴坐标值；若所有网格坐标值均位于喷嘴下端面附近，则判断喷射状态为粘附；若网格坐标值覆盖喷嘴下端面至基材范围内的所有区域，则判断喷射状态为射流；若网格坐标值分别存在于喷嘴下方以及基材表面，则判断喷射状态为稳定喷射。6.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤4中，微滴沉积尺寸包括微滴沉积直径以及微滴沉积高度。其中，微滴沉积直径的计算方法为：在步骤3中判断为稳定喷射的喷射状态中，确定基材附近液相与气相的交界面；遍历液相与气相交界面的所有网格，提取网格的x、y轴坐标值，即为微滴沉积轮廓；根据微滴沉积轮廓曲线拟合最小二乘圆，拟合圆的直径即为微滴沉积直径。7.根据权利要求6所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述微滴沉积高度的计算方法为：在步骤3中判断为稳定喷射的喷射状态中，确定基材附近液相与气相的交界面；
遍历液相与气相交界面的所有网格，提取网格的z轴坐标值，最小z轴坐标值为基材高度，最大z轴坐标值为微滴顶部高度；微滴顶部高度与基材高度的差值即为微滴沉积高度。8.根据权利要求1所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤1中，喷嘴直径为50～400μm，喷嘴处及沉积区域网格尺寸为10μm
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10μm
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10μm。喷射参数设置流体进给压力为2～5bar，喷嘴距基材高度为1～4mm、喷射频率为20～150hz，基材移动速度为1～15mm/s，撞针动作参数为运动速度0.5～2m/s。9.根据权利要求8所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤2中，边界条件包括喷嘴进口边界以及空气域出口边界的压力场、温度场以及相体积分数，其中，喷嘴进口边界的压力场根据流体进给压力进行设置，温度场根据喷嘴加热温度设置，液相体积分数为1；空气域出口边界的压力场设置为0bar，温度场根据环境温度设置，液相体积分数为0；初始条件包括整个计算域的压力场、温度场以及相体积分数，首先对全区域进行初始化，压力场设置为0bar，温度场根据环境温度设置，液相体积分数为1，然后对喷嘴内部区域进行局部初始化，压力场根据流体进给压力进行设置，温度场根据喷嘴加热温度设置，液相体积分数为1。10.根据权利要求9所述的一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，其特征在于，所述步骤3中，采用不同的撞针运动速度进行模拟，然后根据喷嘴轴线附近网格的体积分数变量，得到喷射状态。

技术总结
本发明公开了一种微滴喷射成形喷射状态与微滴沉积尺寸预测方法，包括：步骤1：建立计算微滴喷射的流体力学模型，进行网格的划分，定义喷射参数以及喷射材料物理属性；步骤2：建立控制方程，设置初始条件和边界条件，并依据方程模拟出微滴喷射成形过程；步骤3：根据控制方程计算体积分数变量，确定液相与气相交界面，根据喷嘴轴线附近网格的体积分数变量判断微滴的喷射状态；步骤4：当喷射状态为稳定喷射时，根据喷嘴正下方基材附近网格的体积分数变量计算微滴沉积尺寸。本发明解决了微滴喷射成形过程中喷射状态较难调节以及微滴沉积尺寸难以监控的问题，可为微滴喷射成形的喷射状态与微滴沉积尺寸提供预测模型和参考依据。与微滴沉积尺寸提供预测模型和参考依据。与微滴沉积尺寸提供预测模型和参考依据。


技术研发人员：肖行志 廖文和 李刚 刘婷婷 张长东 顾明飞 俎文凯
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2021.07.26
技术公布日：2021/10/29