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【技術電子報】FLOW-3D 在 FDM (Fused Deposition Modeling) 3D 列印的研究與討論

Numerical modeling of the polymer flow in the hot-end of material extrusion additive manufacturing


作者: Marcin P. Serdeczny et al. Technical University of Denmark




問題描述


因為加熱通道的直徑小, 想要透過實驗方式了解通過加熱過程中聚合物的變化，進行相關的分析研究非常不容易。

CFD 能夠協助製程條件最佳化

  • 研究不同幾何造型的流通通道, 以提高進料速度並且改善熱傳遞

  • 有助於減少因為過度擠出或是擠出不足造成的幾何誤差

  • 減少噴嘴內的壓力降

模型特徵與研究目的

  • 研究材料從固態到熔融態的加熱狀況

  • 包括剪切稀化與隨溫度變化的黏度性質

  • 了解流量曲線與其特徵

  • 擠出速度對於製程穩定性的影響


模型設計

(a)加熱通道的幾何圖形; (b)數值模型的範圍取定; (c)通道的邊界溫度(wall temperature)
(a)加熱通道的幾何圖形; (b)數值模型的範圍取定; (c)通道的邊界溫度(wall temperature)

模擬軟體: FLOW-3D

流體動力分析

● 固體長絲會先經過輻射加熱, 再經過傳導與對流加熱

● 長絲開始熔化, 熔化區域會逐漸向上移動

● 穩態時, 熱中斷區會形成一回流區域

↳回流區域內的聚合物具有低溫極高動態黏度


說明：Polymer flow at 40 mm/min

噴嘴附近局部放大


壓力 (左) 與溫度 (右) 在不同的進給速度下對於流量的影響

V=40mm/min 媒體



V=160mm/min 媒體


V=200mm/min 媒體


V=280mm/min 媒體


數值模型與實驗相比對

● 在穩定的擠出速度 (v<200 mm/min)下, 模擬進給力與量測數值完全吻合

● 模擬預測更快的擠出速度會造成進給力發生震盪

↳與實驗結果相比呈現良好的定量合理性

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