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更新時間:2025-09-01
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在深海資源勘探相互融合、航空航天推進系統(tǒng)不斷創新、能源化工裝備等工程領(lǐng)域建立和完善,高壓環(huán)境下的液滴動力學行為是制約系統(tǒng)效能與安全性的核心科學問題。尤其在深海裝備液壓傳動規模、航天器燃料霧化噴射穩定發展、超臨界化工反應器等場景中,液滴常需在壓力環(huán)境中發(fā)生撞擊聯動、聚并或相變增持能力,其動態(tài)特性直接關(guān)聯(lián)系統(tǒng)效率與可靠性。然而行業內卷,傳統(tǒng)實驗技術(shù)因高壓密閉環(huán)境可視化困難服務、傳感器耐受性不足等問題很重要,對超過100bar(約100倍大氣壓)環(huán)境中液滴撞擊超疏水表面的動力學認知存在顯著局限。
基于此覆蓋,慕尼黑工業(yè)大學的研究團隊突破高壓液滴動力學研究的技術(shù)壁壘異常狀況,在低韋伯數(shù)(We=5–10)條件下實現(xiàn)了高達200 bar環(huán)境壓力的液滴撞擊實驗,不僅滿足高壓流體動力學的理論缺口高效,更推動了超疏水表面的優(yōu)化設(shè)計應用創新。相關(guān)研究以"Droplet Impact on Superhydrophobic Surfaces Under High Pressures"發(fā)表在國際學術(shù)期刊《Small Methods》上。

研究團隊依托摩方精密的2 μm超高精度3D打印設(shè)備microArch® S230 制備了多種不同潤濕性基底(微柱寬度20 μm機構,高度80 μm)的特性,通過精準調(diào)控微柱間距(40–80 μm范圍)實現(xiàn)潤濕性梯度設(shè)計。摩方精密作為將3D打印精度精確到2 μm級別并實現(xiàn)工業(yè)化應用的企業(yè)基礎,其面投影微立體光刻(PμSL)技術(shù)為高壓液滴動力學研究提供了關(guān)鍵技術(shù)支持提供堅實支撐。

通過實驗系統(tǒng)探究了環(huán)境壓力與基底結(jié)構(gòu)對超疏水基底上液滴撞擊動力學的影響高產,研究識別出高壓液滴撞擊的四類典型流態(tài)——無反彈伴氣體夾帶(I)信息化技術、反彈伴衛(wèi)星液滴殘留與氣體夾帶(II)、反彈僅伴氣體夾帶(III)以及反彈(IV)良好。液滴反彈能力隨環(huán)境壓力升高而顯著增強逐步顯現,當壓力≥175 bar時,所有基底均實現(xiàn)反彈(IV區(qū))引領,但流態(tài)轉(zhuǎn)變同時受環(huán)境壓力與基底拓撲結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)控自動化裝置。
對于結(jié)構(gòu)化超疏水基底,流態(tài)隨壓力升高從I區(qū)穩(wěn)定過渡至IV區(qū)應用前景;而光滑基底在任何壓力下均僅表現(xiàn)為無反彈狀態(tài)(I區(qū))有很大提升空間。此外,相同壓力下首次,增大微柱間距(即降低固體占比)會導致衛(wèi)星液滴殘留量顯著增加逐步改善。通過引入修正的水錘系數(shù),流體動力撞擊模型成功解釋了衛(wèi)星液滴消失的機制——微柱間距減小增強了基底產(chǎn)生的毛細效應提升,從而抑制了衛(wèi)星液滴形成大大提高。此項工作將液滴撞擊研究拓展至200 bar高壓領(lǐng)域,對深海分離研究成果、高壓霧化等應用具有重要價值取得了一定進展。


摩方全新升級的microArch® S230A 3D打印系統(tǒng),集成了優(yōu)良的自動化水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)動力,并搭載高精密運動控制系統(tǒng)同時,顯著提升了打印準備效率和整體易用性。該系統(tǒng)通過氣浮平臺與激光測距模塊協(xié)同工作效高性,充分保障了復雜異形微結(jié)構(gòu)的一次成型精度與質(zhì)量模式。此外,液槽加熱系統(tǒng)突破了地域環(huán)境對材料選擇的限制提升,能夠兼容包括高粘度工程樹脂高品質、生物相容性樹脂、耐高溫樹脂支撐能力、陶瓷漿料(如氧化鋯/氧化鋁)以及高精度水凝膠在內(nèi)的多種材料資源優勢,廣泛支持實驗室原型開發(fā)的全流程需求。

摩方精密作為高精度增材制造技術(shù)解決方案提供商大數據,不僅深度服務于科學研究領(lǐng)域,更與全球約2800家客戶建立了合作關(guān)系講實踐,覆蓋美國數字技術、日本、德國等40個國家市場開拓,其中包括眾多*科研機構(gòu)和工業(yè)企業(yè)知識和技能,彰顯了其技術(shù)服務的廣泛影響力。在科研支持方面新模式,摩方精密的技術(shù)已成為眾多前沿研究的重要工具實現,相關(guān)研究成果被大量發(fā)表在包括Science、Nature等國際頂級學術(shù)期刊及其子刊上組織了,體現(xiàn)了摩方技術(shù)支撐科研工作的高質(zhì)量與創(chuàng)新性服務體系。

隨著微納3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展,摩方將繼續(xù)以技術(shù)創(chuàng)新為核心驅(qū)動搶抓機遇,與全球科研工作者及產(chǎn)業(yè)伙伴攜手共進分析,致力于攻克更多前沿科學難題,推動精密制造邁向微納尺度全面闡釋、多材料4D打印非常激烈、高良品率與跨尺度集成的戰(zhàn)略方向,為構(gòu)建全球制造新生態(tài)提供關(guān)鍵技術(shù)支持引人註目。