【技術電子報】應用 FLOW-3D 於材料擠出式積層製造

作者:Jon Spangenberg / DTU (Technical University of Denmark)



本篇文章中,作者介紹了兩種不同材料的擠出式積層製造



FDM Printing



Concrete printing





一、FDM printing

FDM printing 採用 polymer 進行擠出 3D列印。對研究方向而言,屬於沉積流 (Deposition flow),流體在熱擠出頭內的流動更是研究重點之一。



2018年開始,DTU開始針對 FDM 列印過程中的流體流動現象進行研究。


最初研究時做了下列假設

1. 流體為不可壓縮流體

2. 流體流動時黏度為固定值

3. 忽略能量方程式

4. 不考慮沉積流的凝固現象

5. 擠出條件由下列比例決定:

  • 列印速度 / 擠出速度 (VP/UC)

  • 單層厚度 / 噴嘴直徑 (Lt/DC)






擠出頭內的條件設定如下:




測試用實驗設備照片及設計圖




根據實驗,完成了下列圖表(不同材料,在不同噴嘴直徑下的進給條件及相對應參數)




根據需求,建立了如下的流場資訊進行模擬




以 FLOW-3D 進行模擬,進行模擬數據與實驗數據比對





二、Concrete printing

混凝土列印屬於房屋 3D列印計畫之一,製程為 wet-on-wet printing (類似濕式列印)



對研究人員而言,如何定義混擬土的流動模式是最重要的關鍵之一。此處將混擬土視為 Visco-plastic material (viz.Bingham material model)。





根據實驗與數值模擬比對,可確認列印流體的外型,不過流體模型需要再進行修正。





模型修正後,確認採用 Elasto-visco-plastic 材料模型,做出來的外型與實驗比對最為接近。但是模擬計算時間是原本模型的 2.5倍。





多層列印模擬





FLOW-3D 於多層列印模擬的結果 vs 實驗