押出造形積層造形におけるチクソトロピックポリマー流動のモデル解析

科学分野:

• 材料科学
• 流体力学
• 積層造形

背景:

• 材料押出積層造形（AM）では、押出中の複雑な流体レオロジーの理解が必要である。
• チクソトロピックエラストビスコプラスティック（TEVP）流体は、時間依存挙動により特有の課題を提示する。

研究 の 目的:

• AMにおける押出中の材料レオロジーに対する物理的パラメータの影響を調査する。
• TEVP流体の押出安定性に対するノズル構造と流体特性の影響を分析する。

主な方法:

• マルチラムダ等方性運動硬化（ML-IKH）モデルを使用してTEVP流体のレオロジーを予測した。
• チクソトロピック挙動を区別するために4つのレオロジーモデルを比較した。
• 圧力、高さの変化、渦形成を分析する数値シミュレーションを実行した。

主要な成果:

• TEVP流体の押出は、崩壊状態と構築状態の相互作用により振動を示す。
• 圧力と高さの変化率は、弾性と線形相関し、降伏応力によって変化する。
• 弾性の増加は、最小渦面積と比較して最大渦面積を2倍にする。

結論:

• チクソトロピック流体の流動安定性は、構造パラメータに大きく依存する。
• ノズル設計と印刷パラメータの最適化により、不安定性と渦形成を抑制できる。
• 積層造形プロセスにおける押出安定性の強化のための洞察を提供する。