复合聚合物的增材制造:热力学FEA和实验研究
Saeed Behseresht1, Young Ho Park1
1Department of Mechanical and Aerospace Engineering, New Mexico State University, Las Cruces, NM 88003, USA.
Materials (Basel, Switzerland)
|April 27, 2024
概括
这项研究模拟了使用沉积建模 (FDM) 的复合聚合物的增材制造. 这项研究准确地模拟了热力学行为和材料特性,用于增强碳纤维增强聚合物的3D打印.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机械工程 机械工程
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 半晶复合聚合物的增材制造 (AM) 提出了复杂的热力学挑战.
- 沉积建模 (FDM) 是用于聚合物加工的广泛使用的AM技术.
- 在FDM过程中精确模拟材料行为对于预测零件质量和性能至关重要.
研究的目的:
- 开发和验证半晶复合聚合物的FDM工艺的综合模拟方法.
- 在FDM打印过程中模拟50%重量碳纤维增强聚烯硫化物 (CF PPS) 的热力学行为.
- 研究各种物理现象对FDM工艺和最终部件性能的影响.
主要方法:
- 结合热力学有限元素分析 (FEA) 与实验验证.
- 使用Abaqus用户子程序 (UMATHT,UEPACTIVATIONVOL,ORIENT) 来进行先进的材料建模.
- 纳入热传递,正方体热特性,结晶动力学,异方体粘弹性和收缩到模拟框架中.
- 采用麦克斯韦模型用于粘弹性行为和双重非异热结晶动力学模型.
主要成果:
- 与实验数据对比验证的模拟结果,显示温度分布的密切一致.
- 证明了用户子程序在FDM期间准确捕捉复杂材料行为的有效性.
- 研究了残余应力和扭曲,突出了横向内平面应力组件的重要性.
结论:
- 开发的模拟方法准确地捕捉了CF PPS在FDM期间的热力学行为.
- 该研究为优化复合聚合物的FDM过程参数提供了宝贵的见解.
- 这项工作有助于推进先进材料的增材制造中的预测建模.


