模拟粉凝打印和变形过程使用COMSOL.
Zhou Qin1, Zhihua Li1, Xiaobo Zou1
1Agricultural Product Processing and Storage Lab, School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China.
Foods (Basel, Switzerland)
|March 28, 2024
概括
食品材料的3D打印,如粉凝,可以模拟来预测形状的变化. 这项研究使用COMSOL Multiphysics来建模变形,发现更大的尺寸比可以在打印和加热过程中最大限度地减少不必要的变形.
科学领域:
- 食品科学与技术 食品科学与技术
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 增材制造 增材制造 增材制造
背景情况:
- 食品行业的3D打印具有显著的潜力,但缺乏关于形状变化和变形建模的全面研究.
- 当前的研究往往忽视了模拟变形,主要关注材料组成和打印参数.
- 增材制造 (AM) 的剩余应力可以改变尺寸和机械性能,需要预测建模.
研究的目的:
- 为了弥补在3D打印和随后的环境暴露期间模拟食品变形的差距.
- 在3D打印过程中使用模拟软件分析粉凝的物理性能和热量分布.
- 调查不同尺寸比对3D打印食品模型形状变化和变形的影响.
主要方法:
- 使用COMSOL Multiphysics 6.2软件对粉凝打印和变形进行了详细的模拟.
- 分析材料的物理性质,热分布,固体热传递和固体力学.
- 设计和模拟使用一般化的麦克斯韦模型,在80°C的环境中,使用不同尺寸比的三部分模型.
- 利用核磁共振 (NMR) 和学特征来补充模拟发现.
主要成果:
- 模拟准确地预测了应力和变形,与实验结果保持一致.
- 模型编号 模型编号 1,在凝-PET塑料膜双层结构中具有最大的比例,在80°C时表现出均的曲和最小的边缘曲折.
- 模型编号 模型编号 2和No. 2和No. 2以及No. 2和No. 3呈现出越来越多的边缘曲面,与模型号. 3显示最明显的变形.
结论:
- 该研究成功模拟并预测了3D打印粉凝结构的变形行为.
- 尺寸比是影响形状稳定性和最小化3D打印食品产品曲面的关键设计参数.
- 使用COMSOL Multiphysics的模拟为优化3D打印食品产品设计提供了宝贵的工具,减少了材料浪费和研究时间.


