En jämförelse mellan den experimentellt observerade utkastade droppformen vid uppbrott (a) och den simulerade droppformen (b) vid olika driftförhållanden som närmar sig experimentella förhållanden. Den simulerade droppformen skiljer sig väsentligt från experiment, betonar det faktum att väsentlig fysik tycks saknas i modellen. Upphovsman:Andy Pascall/LLNL
Ett team av Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare har simulerat dropputmatningsprocessen i en framväxande metall 3D-tryckteknik som kallas "Liquid Metal Jetting" (LMJ), en kritisk aspekt för den fortsatta utvecklingen av tekniker för flytande metalltryck.
I tidningen, laget beskriver simulering av metaldroppar under LMJ, en ny process där smälta droppar flytande metall sprutas från ett munstycke till 3D-tryckning av en del i lager. Processen kräver inte lasrar eller metallpulver och liknar mer trycktekniker för bläckstråleskrivare.
Med hjälp av modellen, forskare studerade metaldropparnas primära uppbrytningsdynamik, viktigt för att förbättra förståelsen av LMJ. LMJ har fördelar jämfört med pulverbaserade tillvägagångssätt genom att det ger en bredare materialuppsättning och inte kräver produktion eller hantering av potentiellt farliga pulver, sa forskare. Journalen Vätskans fysik publicerade studien den 25 november, där den valdes som Editor's Pick.
"Vi har för närvarande ingen god förståelse för all fysik som uppstår precis när droppen bryts av från metallstrålen, "sa medförfattaren Andy Pascall." Denna modell pekar på ytterligare fysiska mekanismer som kan behöva övervägas för att täppa till klyftan mellan experiment och modellering. "
För att genomföra forskningen, laget byggde en anpassad, flytande metallskrivare som kan avge tenndroppar. Kombinerat med höghastighetsvideo, skrivaren fungerade som en experimentell testbädd för fri form, dropp-on-demand-utskrift och tillät laget att spåra detaljerad droppdynamik under utkastningsprocessen.
Videoanalysen gjorde det möjligt för forskare att bygga en beräkningsmodell för att simulera metaldropparnas morfologi under utstötning, avslöjar att dropparna beter sig som ett extruderat "piller" utan svansbildning.
Studien visar att medan LMJ är mycket stabil och repeterbar, det är också extremt utmanande att modellera. I framtiden, teamet planerar att utforska dropputstötning över ett bredare spektrum av processparametrar och söka större förståelse för de faktorer som påverkar droppformen, uppbrott och satellitbildning, inklusive termiska effekter, vätbarhet och ytoxidernas roll.
