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2019-01-11

FDM又称熔融沉积成型,是迄jin为止最容易获qu且shi用最广fan的 3D 打印gong艺。FDM 3D打印jishu根据ruan件预设的坐biao挤出热su性su料丝,zi下而上逐层gou建部件。这种打印jishu主要以丙烯腈-丁er烯、聚xianan(尼龙)、PC等热su性xian装材料为原料,cao作便捷,ti积小巧,清jie易用,适合办公蕐i肪常淮蛴〕龅牟考哂泻芎玫哪腿刃yuan突iang度;它可以shi现传统jishu没有办fa制zao的复杂几何xing状和内腔。

除ci之外,FDM 3D打印jishu免除liao生产过cheng中繁琐的gong序,便yusuishi更改设计,降低生产成本,极大缩短生产周期。综上考lv,FDM 3D打印jishu在众多快su成型jishu中有很好的发展前景,gu对FDM 3D打印机型的设计研jiu很有必要。本文将结合某kuan打印机的待改进机型(zhong点讨论pentou部分),莄heng竎ijishu在机型设计中考lv的问题,以糰n抡婕扑阍谖侍飧慕齝heng中suo起的作用。

fang真计算在FDM 3D打印机的设计改进过cheng中的作用

图片:德迪智能的MOIRA DF3zhuo面级3D打印机

fang真缩短研发周期

FDM打印机设计的ji本思路是在pentouchu对打印材料shun间加热shi其ruan化至粘流态,丝材挤出至底板上后冷却成型,从而打印出部件。suo以这个jishu难点之yi是pentouchuwen度的控制。针对这yi设计中常见的问题有:

-加热片至pentou顶duan区域youyu散热shi材料提前凝guzao成du塞。

-加热片以蟣v颍瑈ouyushou热wen度升高,蔳u淞瞎苤胁牧贤鋜uanying响挤料。

计算及结果:

针对以上问题,fang真计算可以:

1. 通过对输料管中打印料材wen度的chu步模拟,判断打印过cheng中输料管内的料材suochu的状态以及pentou内wen度分布。

2. 对加热和散热结gou进行设计和改进纁huang锏蕉粤喜淖刺目刂疲齬u加热块的wen度与尺寸,散热片糰n鐂han的结gou祋uⅫ/p>

下面文zhang将针对以上两点逐步介绍fang真计算的cao作流cheng及chu步结果。ci次对pentou的模拟计算xuan用ANSYS FLUENT18.2进行计算。首先liao解pentou的ji本结gou后,秠ueP徒星癱hu理网ge质量达biao后导入FLUENT进行计算。计算中的边界条件设置ru下suo示:

fang真计算在FDM 3D打印机的设计改进过cheng中的作用

图1:边界条件设置示意图,来源:安世亚太。

这里我们zhong点guan注的是输料管中的wen度分布,而打印过cheng中ying响其wen度分布的有两chu流ti区域:

-pentou顶duan附近风shanxing成的qiang制对流。

-上部散热结gou糰n鐂han附近的qiang制对流(例ru图2中青色与紫色网ge区域)。考lv到计算成本和结果精确度,ci次fang真zhong点考lv这两chu流ti区域对wen度分布的ying响。

计算对guti与流ti的wen度chang均进行liao模拟,guti之间的热传di为热传导模型,以公shi?T=Q/KA计算,其中K为传热系数,数值大小youguti的材料决定,A为接触面积,?T为接触物ti表面wen度差。guti与外界空气接触的墙面为zi然对流,外部流changwen度qu用腔tiwen秖u3齝i之外,pentou及散热片附近的流chang模拟为qiang制对流,气ti入口为风shan,出口为流ti域边界的biao准大气压压qiang出口。流ti计算域中的pentou壁面wen度与流ti域的计算耦合。

fang真计算在FDM 3D打印机的设计改进过cheng中的作用

图2:网ge结gou图,来源:安世亚太。

上文中提到,fang真结果需要ti现输料管中的wen度分布,gu在后续gong艺shi对输料管的wen度sui位置变化的曲xian进行誫u緍u下。

fang真计算在FDM 3D打印机的设计改进过cheng中的作用

图3: 输料管内wen度曲xian,来源:安世亚太。

结合3D打印材料的热力学性质可以得出打印料材在管内的各相分瞛i皐en度分布,ru下图suo示。通过调zhengyi系列设计,蔳u淞瞎苣诘膚en度达到预期数值。

fang真计算在FDM 3D打印机的设计改进过cheng中的作用

图4(左): 输料管内材料状态分析图; 图5 (you)pentouwen度分布图, 来源安世亚太。

总结纁i担ü胛锢韘hi验的结合,fang真计算在FDM机型的设计改进过cheng中有指导性的作用,它shi设计人员更加蟝ang碌墓鄄齑蛴』诓康奶匦员浠佣业胶玫慕饩鑫侍夥絘n。同shi,fang真计算避免liao真shi物理模型的建立,从而利yu缩短研发周期。


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