固化成型
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固化成型的視頻教程
Abaqus復合材料固化成型分析
abaqus中復合材料固化成型操作，對比了CHILE、PATH DEPEDENT和VISCOELASTIC三種本構在預測固化變形時的差異 參考帖子Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化成型仿真 － 技術鄰 (jishulink.com) 建模視頻忘記錄音了，有時間補上
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Abaqus基于粘彈性本構的復合材料固化變形分析
復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
有關于子程序二次開發或者復材仿真的問題可以聯系QQ1653004885或者關注CAE320公眾號
展開 復合材料固化成型過程中，許多材料參數都是與溫度場及固化度相關的，因此模擬復合材料固化成型時首先需要知道溫度場和固化度的變化情況。
溫度和固化度這兩部分是相互耦合的，復合材料固化過程的熱傳導需要考慮固化放熱的影響
式中，ρc為復合材料密度；Cc為復合材料比熱容，λ為導熱系數，T為溫度，t為時間；Q為熱生成率
式中，ρr為樹脂密度；Vf為纖維體積分數；Hr為樹脂放熱；α為固化度；固化反應速率
其中
式中，K為自催化模型反應速率常數；A為頻率因子；ΔE為活化能；R為理想氣體常數。
數值模擬過程中主要用到SDVINI、FILM、DISP、HETVAL及USDFLD子程序。
1) SDVINI和USDFLD子程序主要用來定義初始狀態變量，并且兩者可以互相替代。
2) FILM子程序用來定義熱傳導第三類邊界條件中的對流換熱系數和環境溫度。
3) DISP用來定義熱傳導第一類邊界條件，當熱交換系數非常大時，DISP和FILM定義的邊界效果相近。
4) HETVAL用來定義材料內部產生的熱量，該程序是連接熱傳導和固化動力學方程的關鍵。
使用的材料屬性見下表
仿真得到的固化度和溫度變化結果見下圖
[1]丁安心. 熱固性樹脂基復合材料固化變形數值模擬和理論研究[D].
[2]喬巍,姚衛星,馬銘澤.復合材料殘余應力和固化變形數值模擬及本構模型評價[J].材料導報,2019,33(24):4193-4198.
考慮粘彈性本構的固化仿真http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1283755
大家有問題可以私信或者聯系QQ1653004885
附件中為子程序和inp文件
展開 復合材料制件成型過程中，由于材料自身的各向異性、樹脂基體的化學收縮反應以及模具作用等因素的影響，導致制件成型過程中產生殘余應力，引起固化變形，從而增加制造成本和裝配難度。因此，合理預測制件固化過程中殘余應力的發展，計算制件的固化變形量，成為降低制造成本、提高生產效率的重要手段。
復合材料固化成型仿真主要包括三個部分：熱-化學模型，固化動力學方程和固化本構。http://www.yqgqt.org.cn/content/post/1261705中介紹了固化成型過程中的熱化學模型和固化動力學方程。為了進一步研究復合材料的固化變形過程，本文又引入了粘彈性本構模型，采用完全熱力耦合的分析方法，預測了復合材料的固化變形。
目前常用的固化本構模型包括：線彈性模型，路徑依賴模型和粘彈性本構模型。
Zocher等提出的粘彈性本構模型其本構關系和應力增量方程為：
其中
式中St_im是歷史狀態變量
其中，增量步內的折算時間
式中，Cu_ij和Cf_ij分別為完全松弛剛度和未松弛剛度；aT、Wm和τm分別為轉換因子、權重系數和松弛時間。松弛時間和權重因子如下
通過Umat子程序編寫粘彈性本構模型，結合Hetval、Disp等子程序進行固化成型過程分析。有限元模型如下圖所示，包括復合材料及模具。在回彈分析時，通過Model Change 移除模具。
固化過程中的溫度和固化度關系的關系如圖所示
計算得到的溫度和應力的關系如圖所示
固化過程中的應力場如下圖所示
移除模具后，可以得到復合材料的回彈變形如圖所示
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展開 隨著3D打印技術的持續優化，SLA立體光固化成型技術有望在精度、速度、經濟等方面實現全方位的提升。以期推動現有技術效率和質量的不斷改進，并開拓出新的發展方向，為各行各業注入更多創新活力。
在本篇文章中，我將以光固化成型技術的視角來解析這些面具。
我們需要先了解一下光固化成型技術，“該技術使用紫外激光精確地固化光聚合物橫截面，將其從流體轉變為固體。”這里我是直接引用3D Systems官網上對于該技術的解釋，因為該技術的發明者Chuck Hull就是這家公司的聯合創始人。當然比較通俗的解釋就是UV光掃射在光敏樹脂的表面或者底面，每掃一次就凝結一層，通過一次一次不斷的掃射來將模型一層一層的打印出來。在國內的光固化成型技術大致可分為SLA、DLP和LCD，這里我就以最普遍的SLA為主。
那回到面具中，第一類面具的造型是比較簡單的，大體是由曲面和網格構成。第二類面具則以動物的臉部作為參考。這里我選三個有代表性的面具作為案例，通過面具的數據模擬、剛完成打印的面具和去除支撐后的面具，這三節點來逐步揭開光固化成型技術的應用范圍。
首先在面具1、2和3中，最應該用到光固化成型技術的是面具3，因為它最終的呈現效果是電鍍金。如果一個物體要呈現出最好的上色效果，那它的表面必須是光滑的。在現有的三維成型技術中，高精度打磨后的光敏樹脂是最理想的選擇。所以通過面具3得出了兩個應用范圍：表面光滑和上色。
△面具的數據模擬
△打印剛完成的面具
△去掉支撐后的面具
其次對比面具1和2。從直感上判斷，面具2是不適合光固化成型技術的，因為大部分的面都是由網格構成，所以表面上都是一個一個的孔。那在光固化成型技術的錯覺里，有孔就意味著需要加支撐去實現打印，所以每個孔都會有支撐，這樣會給后處理增加很高的難度。但觀察數據模擬和打印出來的面具后會發現孔里面是沒有支撐的，這是由于打印角度高于30度的情況下光固化成型技術可以實現無支撐打印。
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壓縮成型為塑料在高溫高壓的條件下被擠壓進預熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產且達到低成本的制模，適用于具有復雜外觀、高強度或抗高沖擊性的產品。
壓縮成型能夠快速生產復雜的復合材料部件，Moldex3D支持許多不連續的且常用于壓縮成型的FRP材料，包含熱塑性材料GMT、LFT-G、LFT-D；也支持熱固性材料，例如SMC、BMC材料。
與冷作模具鋼比較，熱作模具鋼的韌度好，淬透性高，回火穩定性高，因此可以進行滲氮，從而大大地提高了模具表面的耐磨性，更適合制造要求高溫固化的塑料成型模具。常用于制造塑料模具的熱作模具鋼有5CrNiMo鋼、5CrMnMo鋼、4Cr5MoSiV鋼、4Cr5MoSiV1鋼、5CrW2Si鋼等（圖11）。
壓縮成型不同于射出成型，后者是在合模后將熔膠注入模穴，隨著模穴逐漸填滿，熔膠也因模具溫度而逐步固化，因此成型結果主要取決于合模狀態。在壓縮成型中，模具尚未完全合模時，預填料的位置及幾何形狀已經開始影響成型結果。預填料與模具接觸的區域會導致局部溫度的變化 (參考圖1、圖2)。
隨著3D打印技術的持續優化，SLA立體光固化成型技術有望在精度、速度、經濟等方面實現全方位的提升。以期推動現有技術效率和質量的不斷改進，并開拓出新的發展方向，為各行各業注入更多創新活力。
據了解，通過與上海夢之路數字科技有限公司的合作，嘉立創3D打印技術利用其SLA立體光固化成型工藝，成功打造了一套高度仿真的教學工具，主要包括模擬電子取藥臺、模擬注射器、模擬醫用藥瓶以及模擬操作標簽等。這些工具為醫學生提供了接近真實臨床的操作環境，實際地幫助了學生提高臨床實踐能力。當然，3D打印技術也可用于生產復雜結構的假肢、牙科矯正器等醫療物品，讓更多人受益于科技進步。
片體，單層厚度：0.3mm
3、鋪層：[45/0/-45/90]s、[45/0/-45/90]4s
4、模型四周固定，中間面加載0.4Mpa壓力
5、生成實體單元，查看層間應力、失效情況
三、仿真過程
前面步驟與實例1一樣
鋪層結束后在ACP（pro）界面生成實體
若為多結構產品鋪層，需連接處需填充樹脂，模擬成型固化后樹脂填充
壓縮成型為塑料在高溫高壓的條件下被擠壓進預熱的膜腔中直到固化的成型過程。其制程可用于大量生產且達到低成本的制模，適用于具有復雜外觀、高強度或抗高沖擊性的產品。
壓縮成型能夠快速生產復雜的復合材料部件，Moldex3D支持許多不連續的且常用于壓縮成型的FRP材料，包含熱塑性材料GMT、LFT-G、LFT-D；也支持熱固性材料，例如SMC、BMC材料。
它涉及對澆注料進行脫泡、攪拌、預熱和注型，隨后在恒溫箱中進行二次固化成型。通過這種方式，生產出的塑膠件能夠達到與ABS等原料相近的強度和硬度要求。</p><p><br></p><p>這種工藝主要應用于新產品的開發和小批量生產場景，因為它能夠制作出性能接近開模注塑產品的塑膠件。此外，硅膠復模還允許進行色彩搭配,根據客戶需求滿足多樣化的制作需求。
觀眾可以近距離欣賞到液態塑料如何被高速高壓注射進模腔內、如何充滿模腔空間、經過冷卻固化最終成型的整個過程,并經由數據化整合到云端上,讓使用者到設計師與機臺操作者同步串聯。最終通過逼真的模擬視覺效果,模擬分析軟件將注塑成型這一"看不見"的內在過程完整再現,讓人耳目一新。
值得一提的是,Moldex3D還特別提供最新智能平臺Moldiverse免費使用的注冊機會。
至今已有熔融沉積成型（FDM）、光固化成型（SLA）、三維粉末粘接（3DP）、選擇性激光燒結（SLS）和無模鑄型制造技術（PCM）等3D打印機工藝。而Stratasys公司創始人Crump研發FDM工藝的3D打印機憑借著維護成本低，構造原理較為簡單和使用便利等特點被大范圍應用[3,4,5]。
