增材制造（也称3D打印技术）颠覆了传统的减材加工技术，无需专用刀具和夹具，便可依据CAD模型数据快速成形任意复杂形状零件或原型，极大缩短了产品研制和生产周期，大大降低了生产成本，已列为《中国制造2025》"十三五"先进制造技术领域重点突破的战略产业之一。

    均匀金属微滴喷射技术是近年来发展起来的一种3D打印新技术。它是通过施加于流体内部的脉冲振动，迫使微量金属微滴摆脱表面张力的束缚并以均匀微滴的形式喷出，通过逐点、逐线、逐层沉积出微小零件。其主要优势有：①无需大型能源及专用设备，仅需将金属材料熔化，通过压电致动器作用便可喷出均匀金属微滴，方便实现打印装置小型化，具有装置成本低、重量轻等优点；②无需特制材料，市场供应态均可用，能方便地实现材料的回收利用；③可实现多材料、微小复杂结构的柔性化制造。通过改变喷嘴尺寸和增加喷头数量，可以方便改变喷射液滴尺寸和打印材料，实现多材质结构打印以及与功能单元的柔性集成，在载人航天飞行器微小复杂结构件、非均质器件、智能结构件的快速制造以及电子器件与封装等领域具有独特优势和应用前景。

    然而，由于金属微滴温度高、腐蚀性强、Oh数小（Oh=μ/(ρσD)-2，为黏性力与惯性力和表面张力之比），仅为0.001～0.01，远小于传统喷墨打印墨水的Oh数（0.1～1），远离传统喷墨打印稳定工作参数区域，稳定喷射均匀金属微滴十分困难；同时，由于涉及金属微滴氧化、冷却结晶、液固相变等物理化学过程，传统微滴喷射理论与技术均无法直接使用，特别是对于航天领域有重要应用前景的轻质材料铝合金，其稳定可控喷射与精准沉积难度更大，严重制约了该技术的应用。均匀金属微滴喷射技术突破与理论创新已成为国际上该领域亟待解决的挑战性难题。

    主要成果如下：

    1. 建立起高频扰动连续均匀金属微滴喷射、低频扰动均匀金属微滴按需喷射方法，将最初喷射的铝微滴直径由毫米量级减小到200 μm，铅锡合金微滴直径从300 μm减小到70 μm，实现了均匀金属微滴喷射过程的有效控制。

    2. 设计开发出工作温度从室温到~2000摄氏度的系列化金属微滴宽温域喷射装置，实现了金、铜、铝、锡及其合金微滴的可控喷射，为面向微小金属零件增材制造、电子线路打印及三维钎焊等领域应用提供了均匀金属微滴可控喷射方法。

    3. 提出了均匀金属微滴定向沉积成形表面形貌预测模型，实现了不同微滴直径、凝固角等参数下各评价指标的预测，沉积表面无量纲粗糙度（Ra/Dd）从研制初期的0.08降至0.018，远低于目前国际报道值（0.04）。

    4. 提出了多场耦合条件下铝微滴沉积动态凝固行为，揭示了打印件微观组织形貌、内部缺陷特征、界面结合状态等对其力学性能的影响规律，确立了金属液滴碰撞过程中气-液两相流动失稳临界条件及其对金属液滴底部轮廓形貌的影响机制，最终获得了高致密度无缺陷打印工艺参数范围图谱。

    5. 提出了复杂模型环形链表数据结构和拓扑重构模型，开发出面向多型复杂结构模型均匀微滴喷射打印分层处理轨迹规划软件系统，解决了微滴沉积步距优化、结合状态与成形尺寸精度控制的技术难点，实现了薄壁异形件、微结构功能件、非均质件等的打印制造。