基于LBM的铝微滴斜柱沉积水平偏移研究

金属微滴沉积制造技术采用逐点堆砌方式成型,为斜柱沉积提供无支撑制造方式,具有高度灵活性.本文针对铝液滴斜柱连续沉积过程,建立格子玻尔兹曼模型进行数值模拟,研究液滴在凝固表面上的水平偏移运动.根据表面能充放过程,沉积运动被划分为下落、快速扩张、慢速扩张、回弹4个阶段,其受力状态由表面能、重力势能、动能和黏性耗散趋势得到.液滴内部流动在扩张阶段中表现为滑动状态,而在回弹阶段中表现为滚动状态.液滴偏移运动的加速阶段主要发生在扩张阶段,而偏移距离则在回弹阶段中产生.扩张阶段的受力状态表明偏移运动的主要推动力为重力和毛细力.随着液滴轴线距离的增大,扩张阶段中的加速段时间缩短、速度峰值提高,使水平偏移距离呈先增大后减小的趋势,这种阶段化特征源于加速段时长和速度极大值的竞争关系.不同沉积高度和固液浸润度下,偏移距离均保持相同的演化趋势.在相同的轴线距离下,偏移距离随固液浸润度的增大而减小,随沉积高度的增大而减小.通过拟合水平偏移距离演化规律、优化扫描步距,能够实现斜柱的均匀沉积,并使倾角与理论结果一致.