基于Fluent的3D打印ABS熔体热流模拟分析

喷头内熔体堵塞是熔融沉积成型技术的重要缺陷,造成了产品表面质量不高、精度差等问题。针对典型的熔融沉积快速成型喷头结构,建立了流固两相耦合的热流分析模型。为引入ABS塑料熔体Cross-WLF黏度模型,基于UDF用户定义函数编写材料子程序,采用仿真软件Fluent对流道内熔体的温度场、流动场及压力场进行数值模拟仿真。模拟结果解释了喷头内熔体堵塞的主要原因并提出了解决方案,为喷头的温度控制和热结构优化提供了参考。     

基于Moldflow的Cross-WLF黏度模型研究

Moldflow软件目前已成为行业内主流的注塑成型仿真工具,用于指导设计和模具制作人员进行注塑和成型的验证和优化。而Cross-WLF黏度模型作为Moldflow计算热塑性材料黏度、剪切速率和压力的核心算法,一直被当成"黑盒子"不为工程技术人员所熟知。阐述了Moldflow在计算热塑性材料时的分析逻辑,并对Cross-WLF模型参数测试、拟合和计算给与分析。旨在让这个"黑盒子"变灰,使得软件工程人员在软件使用过程中知其然,更知其所以然。     

高温FDM喷头的有限元建模及温度场仿真

利用ANSYS有限元仿真软件,针对复合材料的高温熔融沉积(Fused Deposition Modeling,FDM)打印喷头进行了物理建模以及温度场仿真,为解决3D打印喷头由于受热不均引起的喷头堵塞,从而导致产品的翘曲变形、不光滑等问题提供了帮助。针对已有的喷头形状,选择铝合金、不锈钢、紫铜、钨等材料进行了温度场仿真。结果表明:不锈钢和紫铜材料的喷头温度均在200℃以上,满足ABS所需的170℃以上熔融温度,较好地符合了要求;而铝合金以及钨则存在温度区间低于170℃的区域,易造成喷头的凝固堵塞。在此基础上,对喷头形状进行了尺寸形状的优化,通过增加薄壁区的厚度,使喷头的温度分布更加合理,避免应力集中,防止喷头薄壁处变形、堵塞等。     

新型3D打印成型设备喷头结构热应力耦合分析

针对熔融沉积成型(Fused Deposition Modeling,FDM) 3D打印设备耗材选择范围有限、打印材料挤出不稳定、喷头易堵塞等问题,基于3D打印成型原理,设计了一种新型双螺杆挤出式3D打印成型设备。通过有限元软件ANSYS对喷头结构进行了流场、温度场和应力场的数值模拟分析。结果表明,热流道内温度场分布均匀,从喷头入口到喷嘴出口的温度基本保持一致,达到了恒温控制的要求;压降型喷头结构能有效缓减喷头内部压力,并且,可以使喷头内热塑性高聚合物流体流动流畅,在拐角壁处无明显的速度滞留,在喷嘴出口处无回流和溢流现象,流速分布稳定;喷头等效应力分布均匀,且喷嘴热变形较小,能满足热塑性高聚合物流体的截面成型精度要求。因此,该新型喷头结构设计合理。     

螺杆轴向移动对塑化流场均匀性影响的三维仿真研究

采用Polyflow软件对相同工艺条件下螺杆挤出机和往复式螺杆注塑机塑化时计量段流道内熔体进行了三维非等温流动模拟。比较两者中温度场、黏度场、速度场及压力场分布。结果表明,挤出螺杆塑化时的温度和黏度分布更加均匀;注射螺杆后退有利于提高熔体输送能力,但挤出螺杆塑化更稳定。     

熔融沉积成型喷头系统的研究进展

熔体堵塞喷头、产品成型精度低是熔融沉积成型（FDM）技术潜在的隐患。优化FDM喷头系统有利于降低设备工作故障的发生率,提高成型品的品质和打印效率。打印过程中,喷头系统的工作状态复杂多变,本文主要从喷头系统的流道结构、散热装置、加热装置以及喷嘴等方面入手,综述了近年来喷头系统的国内外研究进展和发展动态。通过研究分析,指出喷头系统是FDM设备的工作核心,现有的喷头系统面临着巨大的挑战。但是随着前沿技术地不断发展,未来的喷头系统将会有效地应对这些挑战,其潜在的方向和发展趋势将会打破FDM设备的局限性,极大地满足人们对产品的需求。     

基于Pareto遗传算法的聚合物黏度模型参数拟合

针对传统聚合物黏度模型参数拟合方法中存在的初值选取问题及权重分配问题,采用基于Pareto多目标遗传算法的拟合方法.根据实验测得PP和PMMA材料流变数据对常用的Cross-WLF 7参量黏度模型进行了拟合,拟合结果的复相关系数分别达到了0.999929和0.999036.研究结果为聚合物注射成型仿真提供了必需的材料流变数据,为塑料制品的模具设计、工艺参数优化和质量预测提供了理论依据.     

基于磁制冷的FDM型3D打印机喷头的研究与设计

为了解决熔融沉积(FDM)型3D打印机使用过程中经常遇到的喷头堵塞问题,基于磁制冷技术,研究和设计了一种新型的3D打印机喷头。该打印机喷头的送丝机构,设计有压力传感器,可对导轮和挤出轮之间的压力进行数字化调节;喉管冷却组件采用高温导热油作为热交换介质,其冷却管采用沉浸式蛇管结构;基于磁制冷原理设计的制冷装置,配置有两条封闭循环的热交换液通道;喉管组件两端分别设置有耐高温的氟橡胶密封圈;喷头热端组件采用正的温度系数(PTC)加热器作为加热源,并设计有防热辐射保温罩。控制装置能够采用比例-积分-微分(PID)控制方式调节喉管组件的温度。研究表明,该喷头的上述设计特点,可有效地解决FDM型3D打印机工作时遇到的喷头堵塞问题,并能够提高模型的表面质量。     

聚氨酯低压混合器内流场的数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,对聚氨酯无卤阻燃墙体保温材料生产线上低压混合器内流场进行三维数值模拟,分析了混合器内流体的速度场、温度场、压力场分布。计算结果表明,混合器内混合段流体速度出现明显波动,有利于物料的混合。物料黏度不变时,随着转速增大混合区域不断减小;转速不变时,随着物料黏度增大混合位置区域不断增大。通过对温度场、速度场的分析,表明搅拌混合效果良好。     

基于PDF模型的罐式煅烧炉仿真研究

借助商业仿真软件Fluent,采用k-ε双方程湍流模型和Coupled算法,对新型8层火道罐式煅烧炉的热工过程进行仿真分析。基于概率密度函数(PDF)模型研究火道内挥发分和预热空气的燃烧过程。采用内热源模型研究罐体内石油焦的炭质烧损,研究火道、罐体及火道墙的耦合传热。仿真研究得到火道内流场、压力场和温度场以及罐体内石油焦的温度场等热工参数。     

计算机辅助技术在塑料3D打印中的应用

主要综述了计算机辅助技术在熔融沉积3D打印中的应用,其中包括在对喷头温度场的分析、对制件温度场、应力场和压力场的分析以及预测不同工艺参数对制件精度的影响。其中涉及的高分子材料包括丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚醚醚酮材料和聚乳酸材料;涉及的工艺参数主要为喷头温度、成型室温度、打印速率、扫描方式和分层厚度;采用的模型制件通常为板状制件,也包括结构较为复杂的人工骨制件。     

粒料3D打印机机头传热结构优化设计

在熔融沉积成型制造技术中,热流道及喷头的温度场对聚合物的流动及沉积有很大影响。针对现有的聚合物熔体微分粒料3D打印机,建立机头的三维模型,运用有限元分析的方法得到其温度场分布。模拟结果表明,热源与喷头之间存在较大温差,且热流道温度分布不均匀。针对以上结构的缺点,提出机头结构的优化方案,并对其所用材料进行改进。对优化后的机头再次进行有限元热分析,分析结果表明,优化后的机头热源与喷头之间的温差显著减小,且热流道的温度分布趋于均匀。因此,3D打印机机头结构优化方案对于聚合物熔体的稳定输送及沉积成型有重要意义。     

双催化层固定床甲烷化反应器CFD模拟

温度分布直接影响着固定床甲烷化反应器的甲烷产量和设备安全性。以年产12.75亿立方煤制天然气绝热甲烷化反应器为研究对象,在建立真实设备三维模型的基础上,利用ANSYS-CFX有限元数值模拟的方法,建立多孔介质内化学反应、热交换与质量传递的气-固两相反应器模型,获得了双段固定床甲烷化反应器内部温度、压力、速度场的分布规律及甲烷产率分布。对不同床层结构对应的特征场分布进行了探索,分析了床层结构对各特征场分布的影响,确定了床层结构优化方案,MCR催化剂床层出口处支撑延长的结构更有利于温度场沿反应器径向的均匀分布和甲烷质量分数的提高。对反应器入口温度、空速、压力对特征参数分布的影响进行了研究,提出了针对本工艺的允许入口参数波动范围。     

气辅注射成型运动界面的Level Set方法数值模拟

给出气液两相流数学模型,选取Cross-WLF模型作为熔体的黏度模型,采用Level Set/SIMPLEC方法模拟了气体辅助注射成型中气体穿透过程,追踪到了不同时刻的运动界面(气熔界面和熔体前沿界面),描述了运动过程中不同时刻速度和温度等重要物理量的分布情况,分析了熔体温度、气体延迟时间和注射压力对气体穿透时间和穿透长度的影响。数值结果表明,Level Set/SIMPLEC方法可以准确追踪气体穿透过程中的两个运动界面;熔体温度、延迟时间和气体注射压力对气体穿透长度有显著影响。     

聚丙烯的流变性能和PVT关系研究及在注射成型中的应用

研究了聚丙烯在不同温度下的剪切流变性能和压力-比容-温度(PVT)关系,并分别采用7参数的Cross-WLF黏度模型和修正的双域Tait状态方程拟合其变化曲线。在确定注塑工艺参数的条件下,通过PVT状态曲线描述了整个注射成型过程,计算出其理论体积收缩率为5.58%,并与实际注塑样条测量所得的收缩率5.46%相一致。     

一种螺旋流道辊的数值模拟及结构优化

对已有的螺旋流道辊模型进行合理简化,运用流场仿真软件Fluent对流道辊的温度场进行了仿真分析,得到了流道辊的温度场,从而得到了流道辊内流体速率、流体温度场、辊筒表面温度场等。通过分析模拟仿真结果,得到了辊筒外表面温度不均匀的原因,并在此基础上,以提高辊筒外表面的温度分布均匀性为目标,对流道结构进行多次改进,找出一种最佳方案,明显改善了辊筒端部的温度分布均匀性,使辊面的有效利用长度延长了约50 mm。     

CFD软件用于玻璃纤维窑炉数值模拟的研究

介绍了玻璃纤维窑炉空气助燃火焰空间三维数学模型的建立,其中气相流动模型由标准k-ε湍流模型组成,化学反应模型使用有限速率/涡耗散模型,辐射传热模型使用离散坐标模型。以某玻纤厂年产2,万,t玻璃纤维的熔窑为研究对象,用CFD软件模拟燃烧空间内气体的流动、温度分布和压力分布状况。通过模拟结果与现场实测数据进行比较,该数学模型能够比较客观地反映单元玻璃窑炉富氧燃烧空间的温度场、速度场和压力场的分布规律。     

夹芯注射成型芯/壳层熔体黏度比对芯层分布的影响

夹芯注射成型产品的芯层材料分布影响着最终产品的性能和质量。利用Moldflow Plastics Insigh的coinjection模块,基于Cross-WLF黏度模型控制芯/壳层熔体黏度比R,通过数值模拟实验观察芯层材料穿透距离、浇口处芯层分布、芯层厚度极值、芯层分布均匀性等指标的变化,并进一步分析R值对上述指标的影响规律。     

旋转喷头喷射外流场计算流体力学仿真分析

介绍了计算流体力学(CFD)仿真的原理、方法和步骤;通过CFD仿真软件Fluent对旋转喷头射流喷射外流场进行仿真分析,得到了旋转喷头射流外流场的射流形态、速度与气液两相分布等微观信息,从而获得旋转喷头打击分布规律,为进一步开展旋转喷头喷射性能的试验研究提供了参考数据.     

给水排水过程中三通管湍流数值模拟

正确计算出三通管内流体交汇附近的流场、温度场和压力场的分布情况,对于管路的设计具有重要作用。以给排水暖通常见的三通管为例,应用计算流体力学技术,研究三通管管内流体各个流态参数,使用了FLUENT软件的标准模型对管内流体进行了二维模拟。在模拟过程中采用了水的状态参数,得到了相应参数下三通管内流体交汇处的流场,温度场,压力场的分布情况。