應用FLOW-3D于材料擠出式增材制造 (Material extrusion additive manufacturing)

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增材制造。

FDM Printing

Concrete printing

1. FDM printing

FDM printing采用polymer擠出進行3D打印。對研究方向而言，屬于沉積流 (Deposition flow)，流體在熱擠出頭內的流動更是研究重點之一。

從2018年開始，DTU開始針對FDM打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

（4） 不考慮沉積流的凝固現象

（5） 擠出條件由下列比例決定

? 打印速度/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。

根據需求，建立了如下的流場信息進行仿真。

使用FLOW-3D進行仿真，仿真數據與實驗數據比對。

2. Concrete printing

混凝土打印屬于房屋3D打印計劃之一，工藝為wet-on-wet printing。

對研究人員來說，如何定義混凝土的流動模式是最重要的。此處將混凝土視為 Visco-plastic material (viz. Bingham material model)。

根據實驗與數值模擬比對，可確認打印流體的外型，不過流體模型需要進行修正。

模型修正后，確認采用Elasto-visco-plastic材料模型，模擬出來的外型與實驗最為接近，然而計算時間是原模型的2.5倍。

多層打印模擬

FLOW-3D多層打印模擬結果vs實驗。