均匀金属微滴喷射成形技术作为一种新型的金属零件快速成型技术,近年来受到研究者越来越多的关注。成型过程中,金属坯料被加热到熔融态后在驱动压力的作用下流出喷嘴形成均匀微滴,随后通过协调控制微滴的按需喷射与基板的运动,使微滴根据需要沉积到特定位置,如此逐点、逐层地堆积成型出三维结构。该技术无需昂贵的设备、特殊的模具和专门处理的原材料,具有工艺流程简单、生产成本低、成型制件性能好等优点,在微小金属零件快速成型、柔性电路打印、微电子封装等领域都具有广阔的应用前景。然而,该技术涉及均匀金属微滴的产生、沉积凝固、搭接成型等过程,成型质量受微滴尺寸均匀性、熔合状态、搭接形貌等诸多因素的综合影响,将其直接应用于微小金属零件的实际生产,还需突破均匀金属微滴稳定喷射、制件表面形貌优化控制等关键技术。基于此,本文采用理论分析与试验相结合的方法,研究了气动按需式微滴喷射行为,探索了微滴稳定喷射和尺寸细化的方法,实现了微小熔滴的稳定制备;首次确立了金属微滴喷射成形制件表面形貌评价指标与表征模型,系统研究工艺参数对表面形貌的影响规律,以期获得制件表面形貌优化控制策略,达到推动微滴喷射成形技术工程化应用之目的。本文的主要研究内容如下:设计开发了均匀金属微滴喷射成形试验系统,包括金属熔炼喷射子系统、微滴喷射与平台运动联合控制子系统、成型过程监控子系统等。通过对熔炼装置和微滴喷射装置的改进,实现了不同金属熔液的稳定喷射;建立数据采集、视频监控子系统,实现了熔滴温度、基板温度等工艺参数的测量和喷射沉积行为的观察,为后续深入研究微滴喷射成形技术奠定了硬件基础。采用试验方法研究了腔内脉冲气压波形随供给压力、脉冲宽度等工艺参数变化的规律,获得了脉冲气压波形的控制方法;建立了单路进气微滴喷射装置仿真模型,研究了工艺参数对微滴喷射行为的影响规律。依据仿真结果,确立了均匀金属微滴稳定喷射参数控制策略,并将其用于指导试验,获得了金属微滴稳定喷射参数范围。从理论上探明了单路进气微滴喷射装置由于受到射流断裂方式的限制而无法产生小于喷孔直径微滴的原因,提出并开发了双路进气微滴喷射装置,通过仿真方法,研究了双路进气喷射装置的结构参数对金属微滴尺寸的影响规律。研究结果表明喷孔高径比、进气孔与喷孔间距对微滴尺寸具有重要影响。在理论研究指导下,优化双路进气喷射装置结构参数,最终实现了小于喷孔直径的金属微滴的喷射,为改善制件表面形貌提供了有效途径。通过分析金属微滴喷射成形工艺和制件表面形成过程,首次提出微滴喷射成形制件表面形貌评价指标;研究了熔滴温度、基板温度等工艺参数对单颗熔滴沉积行为和沉积形貌的影响规律,确立了圆弧模型为单颗熔滴沉积形貌最佳表征模型;并在此基础上进一步建立了成型制件表面形貌表征模型,可初步预测不同工艺参数下表面形貌的各项评价指标。采用试验方法系统研究了扫描步距、层间偏距、熔滴温度、基板温度、沉积高度等工艺参数对制件顶面形貌和侧面形貌的影响规律,获得了各工艺参数的控制方法及合适的取值范围。采用优选参数成型出具有良好表面质量的平面制件和方框制件,验证了工艺参数的有效性,为均匀金属微滴喷射成形技术进一步在微小复杂零件成型领域的应用奠定了基础。