Study on stable delivery of charged uniform droplets for freeform fabrication of metal parts

Electrostatic delivery of charged uniform metal droplets is a novel method to deposit metal parts with short process period and low cost. But the delivery process is unstable and delivery accuracy of charged droplets deteriorates because of actions of mutual interactions of closely charged droplets. A droplet generator with droplet charging and deflecting system has been established to find out the way for stably and accurately deflecting droplets. The parameters for generating uniform droplets were first studied. Then the droplet deflections and metal parts depositions with different charge methods were discussed. The results show that the unbalanced electrostatic repelling forces are the main factor to cause the unstable deflection of droplets. The droplets deflection distance can be predicted and controlled by balancing the repelling forces of charged droplets. The metal parts are stably deposited after combining the board charged pulse and substrate motion, indicating that the work can provide useful theoretical and experimental guide for droplet-based freeform fabrication.

烟草喷雾机雾滴均匀性及沉积特性研究

烟草喷雾机作业效果的好坏是决定烟叶质量与产量高低的重要因素,雾滴均匀性及沉积特性是判定烟草喷雾机作业效果的重要指标。选取3种喷雾压力、风机风速和样机行驶速度进行喷雾试验,探究不同条件对雾滴均匀性及沉积特性的影响。试验结果表明:雾滴均匀性随喷雾压力和风机风速增大略微变好,基本不随样机行驶速度增大变化;雾滴覆盖率随喷雾压力增大覆盖率最大值不变,随风机风速增大覆盖率最大值减小,随样机行驶速度增大覆盖率整体减小。试验结果为后续烟草喷雾机优化设计提供参考。

离子风作用下液滴的振荡蒸发特性

设计搭建了离子风作用下液滴蒸发试验装置,研究了不同电场和环境气体中去离子水液滴的蒸发速率、振幅和振荡频率等动态蒸发行为参数,并测量了离子风的流场速度分布.结果表明:当电压低于起晕电压时,电场力会降低液滴蒸发速率;当电压高于起晕电压时,离子风的形成会强化液滴蒸发;电压和气体离子迁移率的增加均会提高离子风的风速,加剧液滴振荡,提高液滴蒸发速率;相比液滴自然蒸发,离子风作用下液滴蒸发速率的最大增强比可达9.89;随着电压增大,离子风从不稳定状态转变为稳定状态.

多旋翼无人机不同作业参数对花生冠层雾滴沉积分布特性的影响

为探究无人机航空喷施时花生冠层雾滴沉积分布规律,设计无人机不同喷雾作业参数对花生冠层的雾滴沉积分布影响的试验。该试验以DJ T20型多旋翼电动无人机进行作业,以清水代替农药喷施采集雾滴沉积数据,以图像处理软件Depositscan来分析采集来的水敏纸数据。结果表明:各组试验的雾滴沉积分布趋势均相似,在靶区内雾滴沉积大致呈正态分布,受环境风场的影响,大量雾滴在中心航线左侧沉积,受无人机起飞时速度和高度的影响,各区域内第一条采样带R1的雾滴沉积效果较好;从雾滴沉积量、沉积密度均匀性分析可知,当飞行速度为2.5 m/s、喷雾流量为1.6 L/min,飞行高度为3.5 m时,喷雾效果最佳,为最佳作业组合;飞行高度、飞行速度对靶区内雾滴沉积量、雾滴沉积均匀性影响均显著。该研究对提高无人机喷施效率具有十分重要的指导意义。

离心雾化喷头结构优化及雾滴沉积特性

针对目前植保无人机的施药设备与作业参数不匹配导致的药液雾化不彻底、沉积不均匀等问题,优化了转盘式离心雾化喷头的雾滴沉积特性.搭建变量喷雾平台,研究喷雾流量和雾化盘转速对离心雾化液滴粒径、均匀度和覆盖率的影响,并利用3D打印技术制作不同结构的离心雾化盘,采用正交试验方法分析雾化盘直径、齿数和锥角对雾滴沉积特性的影响权重.研究结果表明:在相同流量下,雾化盘转速与雾滴体积中径和雾滴谱相对跨度成负相关,增大转速可扩大有效喷雾面积;喷头流量与雾滴覆盖率和雾滴体积中径成正相关,但流量过大将导致雾滴沉积不均匀;雾化盘直径对雾滴粒径的影响具有统计学意义,随着雾化盘直径增大,雾滴体积中径逐渐减小;通过估算边界平均值得出优化后的雾化盘直径为65 cm,齿数为180,锥角为30°.基于喷头结构和工作参数的优化结果,进行植保无人机茶园喷洒试验,验证了改进后喷头的可靠性.

3WPZ-300喷杆喷雾机甘蓝地施药作业性能试验研究

为探究喷杆喷雾机在甘蓝菜园的喷雾效果、作业防效、漂移性能、雾滴大小及均匀度,以‘中甘二十一’甘蓝为试验对象,采用水敏纸检测喷雾雾滴,试验分析3WPZ-300喷杆喷雾机在地膜覆盖甘蓝菜园药液喷洒作业的各项性能指标。结果表明:喷雾机的纯工作小时生产率约是3.32 hm^(2)/h,用水量约是389.81 L/hm^(2),比电动喷雾器节水13.4%,可满足大面积甘蓝种植园的植保作业需求;雾滴在甘蓝叶面覆盖率均值为39.82%,叶背为19.21%,可实现药液的均匀覆盖;经喷杆喷雾机施药作业,对甘蓝的有效防护天数平均为7.8 d,满足防效要求。

脉冲式液滴对非均匀沙坡面的溅蚀影响

通过模拟雨滴溅蚀试验,探究液滴定点脉冲式打击对非均匀沙的溅蚀影响。试验对4种中值粒径的非均匀沙(1,2,3,3.7 mm)在4种坡度(0°,15°,25°,35°)条件下,采用直径3.65 mm的脉冲式液滴进行试验,对比其溅蚀过程和溅蚀坑型得出结论:相同直径的液滴在同坡度同中值粒径的非均匀沙坡面进行试验,脉冲式液滴对其影响比单液滴更明显,液滴连续打击具有一定的“叠加效应”,下垫面坡度及中值粒径的变化对溅蚀过程及溅蚀坑型也有明显影响。液滴初始打击赋予颗粒不稳定性,随着液滴持续打击,中心颗粒被压实形成塌陷,周围颗粒在侧压力和液滴打击的冲量作用下向四周呈抛物线跃移,形成粗颗粒松散沉积物,进而粗化发展形成溅蚀坑。随着坡度增加坡面稳定性变差,溅蚀坑坑口直径变大、上壁变陡、下壁变缓,下坑唇处颗粒堆积量增加,更易失稳垮塌。同时中值粒径越大细砂受到的遮蔽作用越强,液滴的能量损失越大,用于破坏下垫面原始结构的能量越少,形成溅蚀坑越难。

温室风幕式施药装置设计与试验

[目的]目前温室植保作业多采用背负式摆动作业方式,喷施过量与不足并存,不均匀现象严重,针对此问题研制了一种适应于温室环境的风幕式施药装置,实现气、雾场均匀分布。[方法]以风幕系统各出风口风速相等为设计目标,利用“静压复得”原理,完成了渐缩式导流管的设计,其最大截面直径为120 mm,最小截面直径为57.5 mm,出风口直径为35 mm,间距为0.2 m,数量为7个。通过气流场分布试验分析出口风速对气流场气流特性的影响,雾场试验检验喷雾均匀性。[结果]风幕式施药装置在800~1300 m^(3)·h^(-1)出风量的出口风速变异系数小于11%;有效作业区中心位置与出口风速间呈现线性关系,在20~32 m·s^(-1)出口风速的有效作业区的高度为0.224~0.368 m;有效作业区内雾量水平空间分布变异系数小于12%,与传统背负式摆动作业方式相比,雾滴覆盖率平均提高48.71%,层内雾滴分布变异系数平均减小39.42%,各层间变异系数小于13%。[结论]该风幕式施药装置气、雾场均匀性较好,为温室气流辅助施药装置设计提供了技术支撑。

气压驱动金属熔滴按需喷射装置的设计与实现

为了在金属熔滴喷射沉积制造中得到均匀细小、精度可控的熔滴,设计了气压驱动金属熔滴按需喷射装置.该装置主要由熔滴产生器、温度控制器、脉冲压力控制器和低氧环境等几部分组成.利用所设计装置对锡铅合金(Sn,Pb的质量分数分别为60%和40%)进行喷射实验研究.结果表明,在氧的质量浓度低于14.2 mg/m3的环境中,协调控制供气压力、电磁阀打开时间、球阀开口角度和脉冲频率等参数,能按需喷射均匀的金属熔滴,且系统能够对每个压力脉冲做出响应,具有可控性,满足设计要求.

气压驱动金属微熔滴可控喷射及沉积精度分析?

金属微滴按需喷射成形制造中,保证喷射系统按需产生均匀微滴和喷射沉积的位置精度是成形高质量金属零件的关键。采用试验研究的方法,分析喷嘴壁附着杂质对稳定喷射以及工艺参数对微滴均匀性的影响,并对喷射系统在可控喷射情况下按需产生的锡铅合金(Sn60%Pb40%)微滴尺寸分布进行分析;研究沉积高度变化对微滴沉积精度的影响。在上述研究基础上,通过选择合适的沉积高度,沉积制造一个6×6微滴阵列,并对微滴阵列的沉积精度进行分析。结果表明,所产生微滴的平均直径为321μm,尺寸标准偏差为2.897μm,约99%的颗粒分布在平均直径±2.8%附近区间内,分布较集中,均匀性较好;得到了发散距离随沉积高度增加而增大的变化趋势;成形的微滴阵列精度满足制造要求。为后续成形高质量微小金属零件提供必要的基础。

制备致密UO_2微球的全胶凝方法

为了制备高温气冷反应堆用燃料芯核,致密UO_2微球,研究了一种新的溶胶-凝胶工艺.该流程具有经典的溶胶-凝胶工艺的优点,但克服了它们的缺点.已经知道,合理的配方设计和良好的干燥条件是克服破裂困难的关键因素.影响胶滴尺寸及其分布的控制因素是:极限流量、几何因子、物理因子和振动因子.微球干燥和焙烧参数的优化是依据热分析曲线来确定的.用SEM方法观察了热处理过程中的微观结构的变化.观察了真空烧结的重结晶现象.观察了UO_2·nH_2O的化学气相沉积.结果表明:晶粒大小随烧结温度增加而增加.本工艺适合于制备500μm直径的微球.其产率为90%.球度优于1.08.球径范围为470-530μm.1400-1450℃真空条件下的烧结密度范围为10.71-10.76 g/cm^3.

均匀液滴产生技术及其应用

简述了均匀液滴产生技术的分类、原理、特点以及相关研究,综述了均匀液滴产生技术在现代制造中的应用,并指出了其应用中存在的问题及发展趋势。

均一球形微米级粒子制备技术的研究进展

综述了均一球形微米级粒子的几种重要制备方法,包括切丝或打孔重熔法、雾化法、均匀液滴喷射法以及脉冲小孔喷射法等,介绍了各类制备方法的原理、特点、应用、存在的问题及发展趋势等相关的研究现状,并综合指出各类方法产生液滴的冷却凝固行为,从而通过比较分析,得到脉冲小孔喷射法制备的微粒子具有圆球度高、粒子尺寸均匀、粒径可控、热履历一致等优良特点,尤其对于高温或功能粒子的制备方面,该方法具有不可替代的作用。

均匀液滴喷射成球法的射流速度计算

分别通过流体力学计算、数值模拟及实验方法研究在不同压力作用下生产电子封装用锡球时不同喷嘴的射流速度。对比分析表明,理论计算和模拟与实验结果基本相符;理论计算方法较方便、准确计算出射流出口的平均速度,数值模拟方法不但可求得平均速度,而且可得到射流断面的速度分布。保持喷嘴直径不变,射流速度随压力增加而呈抛物线形增加。在相同压力作用下,射流速度随喷嘴直径增加而稍有增加,随过渡段直径增加而减小,并且压力差越大增加值或减小值也越大。

金属均匀液滴束流技术的应用

简述了均匀液滴束流技术的发展与应用,讨论了均匀液滴束流产生机理及熔融金属射流的破碎。金属均匀液滴束流可应用于粉末冶金、材料合金薄层涂敷、电路封装和金属零件的快速成形等,具有广阔的市场应用前景。

均匀钎料熔滴喷射装置设计

针对现有焊球生产设备结构复杂、成本高等缺点,设计了实验室用均匀钎料熔滴喷射装置。该装置分为压力控制器、液滴生成器、气体保护装置以及冷却凝固装置四个部分。其中液滴生成器采用喷嘴局部缩径,使熔滴在表面张力差及重力的作用下实现分离,有效地简化了装置的结构,降低了成本。利用所设计的装置对Sn3.0Ag0.5Cu焊球的制备工艺进行优化,并对优化工艺参数下制备的焊球从表面形貌与球形度、焊球尺寸分布以及钎料微观组织等方面进行质量评定。结果表明:喷射压力、喷嘴到冷却介质表面的距离以及喷嘴内径是影响焊球成形的主要因素。优化工艺参数下制备的焊球尺寸均匀、表面光亮、球形度好、内部组织细密无缺陷。所设计的装置能够满足实验室研究钎料喷射过程以及焊球制备的需要。

均匀液滴氧发生器液流破断的线性分析

在均匀液滴氧发生器的研究过程中,液滴的形成是关键技术。利用压电换能器对液流施加扰动,初始扰动沿液流表面呈指数增长,直到将液流夹断生成液滴。通过理论分析,发现在影响液流表面增长率的诸多参数中,碱性过氧化氢溶液(BHP)表面张力的增加和液体分配板板孔直径的减小能够增大扰动增长率,其他参数的改变对增长率的影响非常小。通过分析还发现,BHP液体的喷射流速不同,要取得最大增长率的外界扰动频率也随之变化,外界施加扰动的频率随液流喷射流速的增大而增大。这些结果为均匀液滴氧发生器的实验研究提供有力的参考依据。

金属微滴形成过程图像采集及关键参数测量

针对气压驱动金属微滴按需喷射系统产生的微滴尺寸较小、断裂过程持续时间短,其关键参数不易直接测量的问题,构建了基于延时触发的金属微滴喷射过程图像采集系统。使用直径为200μm喷嘴,在系统稳定喷射情况下,对锡铅合金(60%Sn～40%Pb)微滴的形成和喷射过程进行图像采集、机理分析及关键参数测量研究。实验结果表明:通过将不同延时时刻的采集图像进行组合,可以再现按需喷射系统微滴形成的动态过程及其形态变化;测得了各时刻微滴的位置坐标和直径,计算出微滴平均飞行速度和喷射方向;揭示了金属微滴成形机理和随着飞行距离增大,微滴发散愈剧烈的变化趋势。

均匀金属液滴喷射微制造技术的研究现状

金属液滴喷射沉积增材制造技术是利用均匀金属液滴逐点沉积成形制件的快速成型技术。根据喷射原理可分为连续喷射和按需喷射两类。对这两种技术的喷射原理、相关特点及其在微制造领域的应用研究及发展概况进行了介绍,阐述了以压电换能器和气体压力作为驱动方式的两种均匀液滴喷射成形设备的工作原理与相关特点,提出了两种技术在喷射成形低熔点金属、高熔点金属中的关键技术。在此基础上,探讨了两种工艺的发展方向及在直接金属快速成型、电子封装、喷射沉积金属涂层以及喷射印刷电路等方面的应用,并提出了该技术的研究方向。

均匀液滴的形成机理及实验研究

在均匀液滴O2(1Δ)发生器的研制过程中,发生器中液流受到外界扰动后,扰动沿着液流表面呈指数增长,最终导致液流破段成液滴。在液滴的形成过程中,各种参数的改变都将对液流的状态产生影响,最终影响O2(1Δ)发生器的总体性能。分别从理论和实验两部分对液滴的形成过程进行了对比分析:理论部分论述了液滴形成的理论依据及在发生器中,外界扰动频率、液流喷射流速的改变对扰动增长率的影响及影响趋势;实验部分以成像的方式着重分析了在相同条件下,分别改变扰动频率、液流喷射流速,液滴流的状态及趋势。实验结合理论,寻求可控参数范围,为均匀液滴发生器的液流研究提供依据。