Análisis de modelo del flujo de polímeros tixotrópicos en la fabricación aditiva basada en extrusión

Área de la Ciencia:

• Ciencia de Materiales
• Dinámica de Fluidos
• Fabricación Aditiva

Sus antecedentes:

• La fabricación aditiva por extrusión de materiales (AM) requiere la comprensión de la reología compleja de fluidos durante la extrusión.
• Los fluidos tixotrópicos elastovisciploplásticos (TEVP) presentan desafíos únicos debido a su comportamiento dependiente del tiempo.

Objetivo del estudio:

• Investigar el impacto de los parámetros físicos en la reología del material durante la extrusión en AM.
• Analizar la influencia de la estructura de la boquilla y las propiedades del fluido en la estabilidad de la extrusión de fluidos TEVP.

Principales métodos:

• Se utilizó el modelo de endurecimiento cinemático isotrópico multi-lambda (ML-IKH) para predecir la reología de fluidos TEVP.
• Se compararon cuatro modelos reológicos para diferenciar el comportamiento tixotrópico.
• Se realizaron simulaciones numéricas analizando la presión, los cambios de altura y la formación de vórtices.

Principales resultados:

• La extrusión de fluidos TEVP presenta oscilaciones debido a las interacciones de los estados de ruptura y acumulación.
• Las tasas de cambio de presión y altura se correlacionan linealmente con la elasticidad y varían con el esfuerzo de fluencia.
• El aumento de la elasticidad conduce a un aumento de dos veces en el área máxima del vórtice en comparación con el mínimo.

Conclusiones:

• La estabilidad del flujo de fluidos tixotrópicos depende en gran medida de los parámetros estructurales.
• La optimización del diseño de la boquilla y los parámetros de impresión puede suprimir las inestabilidades y la formación de vórtices.
• Proporciona información para mejorar la estabilidad de la extrusión en procesos de fabricación aditiva.