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均匀铝微滴等距螺旋式打印变截面管件及内表面质量分析

3D打印,微滴喷射,沉积轨迹,可溶性型芯,等距螺旋

基于均匀金属微滴喷射的沉积成形技术是一种增材制造（3D打印）技术，其基本原理是通过对加热熔化后的金属液施加外部激励扰动，使其在驱动压力作用下由喷嘴口处喷射出单颗且微小的金属熔滴，再精确控制沉积基板三维运动与微滴按需喷射间的协调匹配，按照预设扫描轨迹实现金属熔滴的逐点、逐线、逐层打印，最终成形出目标三维结构。该技术无需特制原材料和专用昂贵设备，在微小复杂件、功能器件、非均质件的快速制备以及电路打印和电子封装等领域具有广阔的应用前景。然而，该技术以离散的金属熔滴作为沉积制造单元，制件表面会自发地形成凹凸不平的“贝壳”状特征形貌，难以通过优化工艺参数进行平整化控制，通常需要借助后续减材加工来进一步提升制件表面质量。但是，微小复杂件的内腔表面是典型的难加工区域，后续减材处理技术难以发挥作用，如何提高内腔表面成形质量已成为该技术制备高精度微小复杂件的技术难题之一。基于此，本文提出将均匀铝微滴喷射3D打印技术与可溶性型芯支撑相结合，利用型芯结构来抑制内腔表面微滴沉积凹凸形貌的思路。根据空间等距螺旋原理，建立了铝微滴在变截面型芯外表面连续定向打印沉积的轨迹规划算法，研究了打印沉积距离和沉积频率两个关键参数对成形制件质量的影响规律，进而打印制备了变截面管件，通过与常规无支撑打印方式成形制件内腔表面质量的定量化比较分析，验证了本文所提打印沉积轨迹规划方法的有效性，为推动均匀金属微滴喷射3D打印技术的应用奠定基础。