增材制造作為“第三次工業(yè)革命”中最具有代表性的技術(shù),引發(fā)了產(chǎn)業(yè)鏈的升級,推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展。而熔融沉積成型技術(shù)是增材制造工藝中應用最為廣泛的技術(shù)之一,在該技術(shù)中噴頭裝置是核心部件,噴頭裝置的工作性能顯著地影響產(chǎn)品的成型精度和效率。本課題對熔融沉積成型噴頭內(nèi)的熔體流動特性進行了仿真模擬和對整體噴頭裝置結(jié)構(gòu)進行了流-熱-固耦合分析,根據(jù)仿真計算的結(jié)果對噴頭裝置的結(jié)構(gòu)制造材料進行了組合優(yōu)化,并提出對噴頭裝置結(jié)構(gòu)改進的方案。該論文的研究成果如下:（1）基于熔融沉積成型技術(shù)原理和噴頭裝置的結(jié)構(gòu),建立了噴頭裝置的三維模型,并對噴頭模型進行了適當?shù)暮喕?再利用有限元軟件對該模型進行網(wǎng)格劃分、邊界條件以及材料參數(shù)值的設置;最后根據(jù)ABS材料的特性用UDF（User-Defined Function）語言開發(fā)了相應的材料黏度模型。（2）采用有限元軟件對噴頭裝置流道內(nèi)的熔體流動進行仿真計算,獲得了熔體的溫度場、壓力場、速度場在流道內(nèi)變化的規(guī)律,并分析了不同進絲速度、不同加熱溫度以及不同流道結(jié)構(gòu)參數(shù)值對熔體流動特性的影響。（3）利用有限元軟件對整體噴頭裝置進行流-熱-固耦合仿真模擬,即將熔體流動的結(jié)果和噴... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

噴頭簡化模型

2噴頭工作原理及模型建立15圖2-7噴頭裝置的網(wǎng)格劃分Fig.2-7Meshgenerationofsprinklersystem2.2.3ABS材料模型建立在FDM噴頭裝置打印過程中，會涉及到固體ABS材料受熱發(fā)生相變軟化的過程。因此，建立精確的ABS材料流動模型，能夠準確表現(xiàn)熔體流動情況，有利于對噴頭裝置的分析與改進提供參考。ABS材料在流道流動過程中不僅承受著熔融材料之間的剪切作用和未熔材料對其的擠壓，還伴隨著材料本身的體積收縮和玻璃化轉(zhuǎn)變的可能性，其成型過程是十分復雜。建立熔體黏度與壓力、溫度、剪切速率等因素之間的關(guān)系對于模型求解計算非常關(guān)鍵。ABS塑料屬于熱固性材料，一般會考慮采用Cross黏度模型。Cross模型有兩種，一種是Cross-Exp黏度模型，另一種是Cross-WLF黏度模型，這兩種模型都考慮了壓力對黏度的影響，屬于壓力敏感性模型[41]。并且這兩種模型有效避免了冪率模型的缺陷，不僅可以清晰地表達出高剪切速率時材料熔體流變行為，而且可以描述熔體流動接近零剪切速率時的牛頓流變行為。因此，本論文采用的是Cross-WLF黏度模型，具體的公式如（2-1）~（2-4）所示[42-43]。010,,,1nTPTP（2-1）式中：——剪切黏度/Pa·s；0——零剪切黏度/Pa·s；T——溫度/℃；——剪切速率/s-1；P——壓力/Pa；——剪切應力/Pa；n——非牛頓指數(shù)。

西安理工大學碩士學位論文22其數(shù)值為0.45%。結(jié)果表明，模擬數(shù)據(jù)和實驗打印出產(chǎn)品結(jié)果的誤差值是控制在10%以內(nèi)。因此，認為本文所構(gòu)建的模型可以很好地模擬ABS熔融體流動特性，其仿真計算方法是可行的，結(jié)果值是合理、值得可信的。打印的產(chǎn)品微量天平圖3-1實驗產(chǎn)品及儀器Fig.3-1Experimentalproductsandinstruments表3-1數(shù)值模擬和實驗的質(zhì)量流量對比Tab.3-1Numericalsimulationandexperimentalmassflowcomparison模擬出絲速度，mm/s實際打印產(chǎn)品質(zhì)量，g理論計算產(chǎn)品質(zhì)量，g誤差值，%19.52.222.210.4518.82.172.122.3017.92.102.033.3317.32.061.964.8516.82.011.905.4716.21.951.845.6415.51.901.795.7914.71.791.676.7014.11.691.605.3213.31.601.515.623.3熔體流動仿真模擬分析在fluent軟件中仿真模擬了熔體流動的特性，其ABS材料在流道中流動的穩(wěn)態(tài)溫度分布云圖如圖3-2所示。圖中數(shù)值較低的區(qū)域呈現(xiàn)藍色，數(shù)值較高的區(qū)域呈現(xiàn)紅色。從圖3-2中可知，ABS材料溫度范圍由25℃變化至240℃，當材料處于熔化階段時，水平截面的ABS材料溫度由內(nèi)部中心向外逐漸升高，軸向截面ABS材料溫度呈階梯式上升，其溫度等溫線逐漸近似“V”型。這是由于ABS材料在流道流動中具有一定的速度，但是材料自身的導熱系數(shù)很低，外部施加的熱量不能及時迅速地傳遞到材料的內(nèi)部當中，這才會引起材料在同一水平位置處內(nèi)部中心點的溫度值低于外側(cè)溫度值。并且當ABS材料流至噴

【參考文獻】：
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本文編號：2964507