在现场,实时温度映射和热FE模拟大格式3D打印PETG/CF垂直墙的实时温度映射和热FE模拟
Felipe Robles Poblete1, Matthew Ireland1, Lucinda Slattery2
1Advanced Structures and Composites Center (ASCC), University of Maine, Orono, ME 04469, USA.
Materials (Basel, Switzerland)
|October 14, 2023
概括
这项研究模拟了3D打印PETG复合材料部件的热史,改进了用于增材制造的有限元素 (FE) 模型. 准确的热建模对于预测大尺寸零件的残余应力和扭曲至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 计算建模 计算建模
背景情况:
- 像大面积增材制造 (BAAM) 这样的增材制造 (AM) 工艺涉及增量材料沉积,导致热梯度.
- 这些梯度会导致残余应力和零件曲,特别是在大尺寸热塑性复合材料零件中.
- 准确预测热史对于减轻这些制造缺陷至关重要.
研究的目的:
- 为了提高有限元 (FE) 模型的准确性,模拟增材制造的垂直墙壁的热史.
- 调查热边界条件对FE模型准确性的影响.
- 开发一个通用的相关性来预测BAAM部分的热行为.
主要方法:
- 一个由聚乙烯二甲 (PETG) 糖醇 (PETG) 和碳纤维增强制成的垂直墙被添加制造,使用BAAM系统.
- 热电偶被嵌入在零件中,在制造过程中随时间的推移记录温度数据.
- 开发了一个有限元 (FE) 模型,并根据实验温度数据进行校准,确定热接触导电率和对流系数.
主要成果:
- 在使用空间变化的对流系数 (3-15 W/m2K) 和10 W/m2K的热接触导电性时,FE模型与实验数据达成了良好的一致.
- 一个恒定的对流系数导致了在过程的早期低预测温度,并高估了应力值.
- 为了将通过BAAM制造的其他垂直结构的发现概括,得出了一个相关性方程.
结论:
- 在AM中精确模拟热史需要仔细考虑边界条件,特别是空间变化的对流.
- 开发的FE模型可以更好地预测大型格式AM部件的热行为和残余应力.
- 该研究提供了对材料表征,热电偶放置和FE模拟的洞察力.
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