金属熔滴与基板碰撞变形的数值模拟

为了保证熔滴沉积增材制造工艺中熔滴间的良好结合及成型精度,对熔滴与基板碰撞后的变形及凝固过程进行数值模拟研究.采用两相流模型,结合自由表面跟踪算法和凝固界面跟踪算法,建立了熔滴变形及凝固的耦合计算模型并求解.分析计算结果表明熔滴温度场变化与形态变形过程相吻合;熔滴与基板的接触部分瞬时就发生了凝固,因此凝固层半径和熔滴外观铺展半径相等,碰撞速度较熔滴温度对熔滴凝固形态的影响更大.提出了碰撞过程半凝固的概念,通过计算得到了半凝固状态的时间、铺展半径和凝固层高度等参数.相邻两颗熔滴结合,当前一颗熔滴处于半凝固状态时,其后一颗熔滴与之结合的效果最好.