应用FLOW-3D于材料挤出式增材制造

应用FLOW-3D于材料挤出式增材制造 (Material extrusion additive manufacturing)

作者：Jon Spangenberg / DTU (Technical University of Denmark)

本篇文章中，作者介绍了两种不同材料的挤出式增材制造。

FDM Printing

Concrete printing

1. FDM printing

FDM printing采用polymer挤出进行3D打印。对研究方向而言，属于沉积流 (Deposition flow)，流体在热挤出头内的流动更是研究重点之一。

从2018年开始，DTU开始针对FDM打印过程中的流体流动现象进行研究，最初研究时做了下列假设。

（1） 流体为不可压缩流体

（2） 流体流动时黏度为固定值

（3） 忽略能量方程

（4） 不考虑沉积流的凝固现象

（5） 挤出条件由下列比例决定

• 打印速度/挤出速度 (VP/UC)

• 单层厚度/喷嘴直径 (Lt/DC)

挤出头内的条件设定如下。

测试用实验设备照片及设计图。

根据实验，完成了下列图表，不同材料在不同喷嘴直径下的进给条件。

根据需求，建立了如下的流场信息进行仿真。

使用FLOW-3D进行仿真，仿真数据与实验数据比对。

2. Concrete printing

混凝土打印属于房屋3D打印计划之一，工艺为wet-on-wet printing。

对研究人员来说，如何定义混凝土的流动模式是最重要的。此处将混凝土视为 Visco-plastic material (viz. Bingham material model)。

根据实验与数值模拟比对，可确认打印流体的外型，不过流体模型需要进行修正。

模型修正后，确认采用Elasto-visco-plastic材料模型，模拟出来的外型与实验最为接近，然而计算时间是原模型的2.5倍。

多层打印模拟

FLOW-3D多层打印模拟结果vs实验。