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3D打印之FDM工艺控制系统详解(五)

阅读 207 发布时间:2017-01-17 16:44

成型室温度的控制

 成型室温度是指模型成型时, 从喷头挤出丝材时所处的工作室温度. 喷头温度和成型室温度有一定关联性, 都需要控制在一定的合理范围内, 它们共同影响着成型零件的热应力大小和表面精度质量.早期的研究大多集中在硬件设备的设计上.

 1999年,美国Stratasys公司最早提出成型室温度控制, 给出了关于材料冷却时间与膨胀系数、应力松弛量、粘度等的关系图, 指出挤出材料应该以一种逐渐降温冷却的形式使温度低于其凝固温度才能使得模型翘曲形变和扭曲变形尽可能地减少。得到最大允许梯度如下:

最大允许梯度计算公式

 其中, 线性梯度温度dT/dz表示存在于特定材料中,层厚为h并指向z方向的温度变化, α为恒定热膨胀系数,r为圆柱的半径,L为模型最大水平长度,δ 为最大许可几何失真.

 2004年,Stratasys公司设计了一种高温控制模型装置:在模型成型时,成型室内维持150℃。随后, 人们开始运用理论分析和软件模拟控制模型的温度变化情况。文献在Matlab软件的基础上,运用邻接矩阵算法模拟了两种不同扫描情况下,熔融丝材的传热模型输出效果,确定了熔融丝材随着时间的推移温度演变规律及热应力变化。然而,熔融沉积成型是一个材料从液态转变为固态的变形过程, 整个过程中热量的输入和传播贯穿其中。在文献的基础上,相关研究人员又提出熔融沉积成型温度场有限元模拟及分析. 由于成型过程模拟属于瞬态热分析,并且是非线性问题,计算难度较大。文献采用瞬态非线性热传导理论, 应用ANSYS 的APDL语言基础下, 对ABS材料进行了熔融沉积成型温度场的有限元模拟, 并得出了以下温度场的分布规律: 1) 在X、Y方向下温度场的分布较为均匀. 2)在成型过程中,热影响区域是逐渐增大的, 开始的时刻热影响部分区域, 温度梯度大,随后的时刻热影响区域增大,温度梯度减小。3)随着成型过程的进行, 热影响区域增加的情况下,温度增加趋于缓和。


未完待续;


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