e-works数字化企业网  »  文章频道  »  先进制造技术  »  快速成型

熔融沉积快速成型不同喷头尺寸下的工艺分析

2018/2/22    来源:互联网    作者:任翀  闰恪涛  李艳菲  范丽荣      
关键字:熔融沉积过程  喷头  尺寸结构  FLUENT  
FDM是当代较为流行的先进制造技术之一,但由于成型件在快速成型后容易出现质量精度问题,本文从喷头不同尺寸方面对喷头结构进行模拟分析。首先对固液共存区进行分析;针对喷头在熔融沉积过程中,材料(ABS树脂材料)受热发生变形做了FLUENT流体工程仿真,在进丝速度与喷头温度一定的情况下,分析喷头长度为13,l5,20 mm三种不同尺寸结构下的温度云图和压力云图,并分析出有效进丝速度,为3D打印设备参数的优化提供理论依据,为设备的改进提供了创新依据。

    熔融沉积快速成型(Fused Deposition Modeling rapid prototyping,即FDM),也被称为丝状材料选择性熔覆,它是快速成型技术中应用最为广泛的一种成型工艺技术,其采用分层制造的方法来成型原形零件,喷头尺寸是喷头最为重要的工艺参数,不同的尺寸结构,影响树脂材料在喷腔内融化相变过程,如图1所示熔融沉积成型机喷头简图。

    1

    图l 熔融沉积成型机喷头简图

    如何研制出工作精度高、可靠性好、效率高而且廉价的制造设备,是今后需要解决的一个问题,因此,本文对喷头不同尺寸结构进行分析。

1 固液共存区模型建立

    所用的成型材料为ABS树脂材料,ABS树脂材料的成型温度在180~230℃,超过250℃将会出现降解。

    ABS树脂材料在喷头内融化须经历固态过程一玻璃态过程(固液共存区)一液态过程三个过程。在熔融快速成型设备中,丝材(本文为ABS树脂材料)刚进入喷腔内处于固态区域,然后在固液共存区出现玻璃态,材料在喷腔内部形成融膜,由于加热块高温,可使相邻的丝材在接触界面上软化,丝材接触面的分子发生相互扩散作用。随着向下移动,随着相变潜热,丝料完全变为液态,最终从喷头内喷出。而融化段将出现固液两相共存区域,固相和液相的交界处也就是固、液体丝料的边界,如图2所示。

    2

    图2 固液共存区示意图

2 喷头尺寸结构设计

    根据实验室喷头结构,设计出喷头二维几何模型,喷头进口截面直径为2mm,出口截面直径为0.3mm,其尺寸长度分别为13,15,20mm,如图3,4,5所示。

    3

3 FLUENT数值模拟

    在熔融沉积快速成型工艺过程中,本文设置树脂材料进丝速度为2.0 mm/s,喷头的温度为250℃。现对喷头尺寸长度为13mm,15mm,20mm结构进行模拟分析,具体分析如下所示。

    (1)网格划分

    4

    图6 网格划分

    (2)喷头长度为13mm的模拟分析

    对图3所示的二维模型进行分析,其喷腔总长为13mm。如图7所示温度场,图8所示压力场,图9,图l0为喷头轴中心线上的温度分布与压强分布。

    5

责任编辑:张纯子
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐