脉冲间隔对喷射液滴大小的分析研究 ①

丁松年， 薛长国

(安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

微滴喷射技术是随着快速成型技术的发展而兴起的一门技术，它利用高精度的喷嘴喷射出微小的微滴或一段连续的射流，以一定的顺序与其他材料在工作平台的指定位置层层堆积，形成三维模型。在生物制造、电子封装、胶水喷涂、微光学器件制造等领域应用广泛[1]。

微液滴喷射过程与微液滴物理属性、脉冲间隔、喷头几何结构等密切相关[2-4]。研究人员针对此过程做了深入的研究。Qin等开发了一种喷墨打印工艺来沉积功能化的单壁碳纳米管作为电子传导层和pH敏感层[5]，以提高电子传导速率和pH敏感层灵敏度。Bogy等通过按需滴落压电喷墨设备操作的实验结果和理论分析得出，按需喷墨过程与声波在喷墨腔内的传播和反射有关[6]。宁红龙等研究了压电波形对最终打印效果的影响，通过合理的调整加压速率和脉冲时间，能改变最终打印件的成型效果[7]。

本文基于COMSOL Multiphysics软件，以水平集函数和不可压缩纳维-斯托克斯方程为基础，通过“层流两相流，水平集”接口来对微液滴喷射过程进行数值模拟。通过模拟仿真得到不同脉冲间隔下的微液滴的形成过程和微液滴最终体积。

1 微液滴喷射过程数学模型

水平集方法(LevelSet)是由Stanley Osher和James Sethian在20世纪80年代提出的，是一种用隐式方法计算区域界面变化的数值方法[8]。与流体体积法(VOF)、有限体积法(FVM)相比，水平集方法能让低纬度的拓扑变化在高纬度中仅仅表现为曲面的形态变化，而不会造成曲面的拓扑结构变化。……