压电式微滴喷射具有微米级的材料沉积精度且适用材料范围广,因而在单材质三维打印领域得到了广泛应用,但随着异质异构功能件一体化喷射成形需求的日益迫切,多材质三维打印成为亟待突破的关键技术。然而,由于喷头结构、喷射材料、驱动控制和喷射微滴特性之间存在复杂的耦合关系,其相互作用机理不明,材料喷射过程的精确调控机制尚未建立,难以快速实现不同物理特性材料的高速度、高精度喷射沉积,针对这一问题,本文系统地研究了压电式微滴喷射过程的建模、分析与控制问题,主要工作如下:1.建立了面向材料喷射过程控制的微流道动力学模型。从流体力学动量守恒和质量守恒方程出发,提出了适用于不同喷头结构和材料的等效电路构建方法,通过引入斯托克斯振动平板运动能量向内传播的衰减特性,提出了喷头内微流道壁面对材料喷射瞬态过程影响边界层厚度的表征方法,并据此建立了适用于材料瞬态喷射过程的等效电路元件参数映射关系,结合基尔霍夫定律和等效电路参数映射关系,建立了适用于材料瞬态喷射过程控制的微流道动力学模型。CFD仿真和实验结果表明:该模型分析结果与实测结果的相对误差小于7.42%,与CFD仿真相比,分析时间从数十小时减少到了数毫秒,为材料喷射瞬态过程的精密控制奠定了基础。2.建立了面向微滴成形过程控制的微滴形态预测模型。针对材料微滴成形过程中复杂的流体断裂物理过程,引入相似流动原理来描述流体断裂形成微滴过程,据此推导了描述不同材料执行特定流动模式对应无量纲数的分布方程,并利用该方程提出了描述材料产生高质量形态微滴对应的两临界条件（产生微滴和产生卫星液滴）,将微滴形态预测转换为材料产生液滴临界条件判定,从而建立了适用于微滴成形过程控制的微滴形态预测模型。CFD仿真和实验结果表明:该模型预测与CFD仿真结果相对误差小于4.85%,预测的微滴形态与实测微滴形态高度一致,从而为多材质精密微滴喷射奠定基础。3.提出了一种适用于多材料且兼顾微滴形态控制的微滴喷射成形控制方法,通过截取传统材料喷射体积流率中的喷射部分而摒弃残余振动部分,同时将微滴形态预测模型融入到截取的喷射体积流率中,提出了一种能根据材料特性和喷嘴尺寸设计出使材料产生高质量形态微滴对应期望喷射体积流率的方法,将设计的期望喷射体积流率作为最优控制目标,并将驱动波形作为待优化控制输入,引入迭代优化方法并结合微流道动力学模型,提出了一种适用于喷头控制且具有严格收敛性的迭代算法,从而提出了通过迭代优化驱动波形来控制材料喷射成形过程的方法。实验结果表明:该方法不仅可以根据材料特性和喷头结构有效地抑制残余压力振荡、提高喷射频率、调控微滴直径,还可以使不同物理特性材料喷射出高质量形态的微滴,从而为异质异构功能件一体化喷射成形技术中多种功能材料的高精度沉积提供保障。4.提出了一种抑制喷头结构残余振动的主动控制方法。利用压电材料的自感知原理,实现了压电喷头内压电材料与微流道壁复合结构振动特性的测量,并据此建立和辨识了能够描述压电喷头复合结构振动特性的集总参数动力学模型,结合该模型与前述迭代算法,提出了抑制压电喷头复合结构残余振动的方法。实验结果表明:相较于无结构残余振动抑制的原始驱动波形,优化后的驱动波形使喷头结构的残余振动能量缩减近87.3%,从而进一步提高了驱动波形对材料喷射过程的调控精度。5.研制了一种微滴观测系统。提出了一种压电式主动反射镜装置,通过将其嵌入到传统微滴观测系统架构中实现了在一张照片中同时记录多个时刻微滴形态,改进后的微滴观测系统不仅保留了传统微滴观测系统的全部功能,还可实现单个微滴成形过程的拍摄,从而克服了传统微滴观测系统难以拍摄单个微滴成形过程的缺陷。实验结果表明:改进的微滴观测系统可实现高达1MFPS的等效帧率,能够对微滴的成形过程进行1μs级时间分辨率可视化,为本文所述模型和方法的验证奠定了基础。