冷冻铸造是基于冰模的熔模铸造,其使用冰模代替蜡模或聚苯乙烯发泡塑料模样进行熔模铸造,有利于解决复杂型腔铸造模具制造成本高、周期长的问题,而且具有原材料成本低,无污染,精度高等优点。目前为获取冰模,一般需要制作硅橡胶模具,但其制作工艺复杂、生产周期长、生产成本高,且不适合小批量、个性化生产。因此为了降低制作成本和周期,将冷冻铸造与快速成型技术结合起来,开发冰模快速成型设备来制作冰模。微滴喷射系统是冰模快速成型设备的核心,在冰模的制作过程中精确提供成形材料,对成型产品的精度和可靠性有较大的影响。因此,本课题对微滴喷射的相关行为过程进行研究,主要研究内容包括以下几个方面:(1)对微滴喷射过程进行了理论分析与仿真研究。分析了典型的微滴形成过程,研究了收缩管型压电式喷头工作原理和波传导理论,建立了微滴喷射过程的数学模型,通过流体分析软件Fluent建立了微滴喷射仿真模型,得到了微滴喷射的完整过程,并分析了其内部流场变化,研究了供料口压强对喷射稳定性的影响。(2)对微滴碰撞及凝固过程进行了理论分析与仿真研究。分析了微滴碰撞及凝固过程,并利用Fluent建立了微滴碰撞及凝固仿真模型,通过仿真分析了在一定碰撞速度和低温条件下微滴变形及凝固情况,并对不同碰撞速度下微滴变形情况进行了仿真研究,分析了不同温度下微滴凝固状况。(3)设计了冰模快速成型微滴喷射实验系统。根据对微滴喷射和碰撞及凝固过程研究结果,完成了冰模快速成型微滴喷射实验系统的设计,主要包括:微滴喷射模块、压力供液模块、微滴观测模块以及微滴凝固模块。(4)利用设计的微滴喷射实验系统进行了微滴喷射及凝固实验。通过实验验证了仿真结果和实验系统的可靠性,并通过实验分析了供液口处气压、驱动电压幅值、驱动电压频率对微滴喷射的影响。本课题完成了微滴喷射、碰撞及凝固过程的分析与仿真研究,得到了相关过程的基本规律,并在此基础上设计了微滴喷射实验系统,对相关过程进行实验与分析,得到了控制参数对微滴喷射及凝固的影响规律。通过上述研究为冰模快速成型系统的设计及工艺研究奠定了基础。