Badacze Korzystają z symulacji CFD, aby określić idealną szybkość wytłaczania i ścieżkę narzędzia w FDM

W artykule zatytułowanym "Numeryczne modelowanie osadzania i precyzyjnego kształtowania materiału w modelowaniu z osadzaniem topionym" grupa naukowców omawia, w jaki sposób wykorzystali obliczeniową dynamikę płynów (CFD) do symulacji przepływu materiału wytłaczanego z dyszy drukarka 3d. Stopiony materiał termoplastyczny został zamodelowany jako nieściśliwy płyn newtonowski o wolnej powierzchni, a model numeryczny przewidywał kształt drukowanej drogi. Symulacja CFD umożliwiła optymalizację planowania ścieżki narzędzia i strategii osadzania w celu poprawy dokładności wymiarowej w druku 3D metodą wytłaczania. CD3D .

Naukowcy zbadali cztery strategie osadzania 3D drukujące drogę z 90-stopniowym obrotem na platformę budowania. Rozważono dwa rodzaje ścieżek narzędzia dla drukowania 3D obrotu o 90 stopni: ostra ścieżka narzędzia, która odtwarza dokładną trajektorię dwóch segmentów, wymagającą zatrzymania głowicy drukującej w punkcie zwrotnym; i wygładzona ścieżka narzędzia, która negocjuje skręt z mieszanym przyspieszeniem wzdłuż osi X i Y. Uwzględniono również dwa współczynniki wytłaczania: stałą prędkość wytłaczania i zsynchronizowaną szybkość wytłaczania, w której strumień objętościowy jest proporcjonalny do prędkości stycznej głowicy drukującej.

"Teoretycznie szybkość zsynchronizowanego wytwarzają jednolitą szerokość drogi na zakręcie; jednak zsynchronizowana szybkość wytłaczania jest idealnym przypadkiem, który można by osiągnąć tylko wtedy, gdyby dynamika skraplacza i układu podawania żarnika były całkowicie przewidywalne i pod pełną kontrolą drukarki 3D, co nie ma miejsca w praktyce ", wyjaśniają naukowcy . "Z drugiej strony oczekuje się, że stała szybkość wytłaczania doprowadzi do zmiennej szerokości drogi, gdy głowica drukująca zwalnia lub zatrzymuje się na zakręcie."

Naukowcy wykorzystali model CFD do symulacji różnych prędkości przepływu materiału. Okazało się, że idealnym przypadkiem było zsynchronizowanie prędkości wytłaczania z prędkością styczną głowicy drukującej, a ścieżka narzędzia podążała za trajektorią zatrzymania na zakręcie. W ten sposób uzyskano jednolitą szerokość drogi przy minimalnym przepełnieniu i niedostatecznej wartości na zakręcie. Jednakże, jeśli szybkość wytłaczania utrzymywano na stałym poziomie podczas faz przyspieszania i zwalniania, trajektoria zatrzymania na zakrętach dawała duży przepełnienie na zakręcie. Niemal jednolitą szerokość drogi można uzyskać przy stałej szybkości wytłaczania, stosując mieszane przyspieszenie, przykoszt wygładzenia rogu.

"Wygładzona ścieżka narzędzia ze współczynnikiem mieszania κ = 0,6 zapewnia kompromis między przepełnieniem materiału a wygładzaniem rogów" - podsumowują naukowcy. "Zasadniczo, przewidywana zmiana szerokości drogi na zakręcie może zostać uwzględniona przez układarkę ścieżek narzędzia, aby skompensować obszary przepełnienia i niedopełnienia. Tak więc, symulacje CFD mogłyby zostać wykorzystane do opracowania zoptymalizowanych ścieżek narzędzi i strategii osadzania, co poprawiłoby dokładność wymiarową i jakość powierzchni w produkcji dodatków opartych na ekstruzji. ​​"

Autorami artykułu są Raphaël Benjamin Comminal, Marcin Piotr Serdeczny, David Bue Pedersen i Jon Spangenberg.