微尺度自由形式3D打印冰的物理
Akash Garg1, Feimo Yang1, O Burak Ozdoganlar1,2,3,4
1Department of Mechanical Engineering, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA 15232.
概括
先进的制造业使用冰印刷 (3D-ICE) 来实现复杂的内部几何形状. 这项研究揭示了滴滴沉积率和斜角如何控制可重复的3D-ICE应用的冰结构形成.
科学领域:
- 先进制造先进制造 制造先进制造
- 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:
- 冰是一种有前途的牺牲材料,用于在先进制造中创建复杂的3D内部几何形状.
- 冰的自由形式3D打印 (3D-ICE) 可使微观结构具有光滑的墙壁和复杂的特征.
- 由于涉及热传递,流体动力学和相变的复杂物理,控制3D-ICE具有挑战性.
研究的目的:
- 通过结合数值建模和实验,推进对3D-ICE物理学的理解.
- 用2D热流体模型分析从分层打印到连续打印的过渡.
- 用3D热流体模型建模斜沉积,以实现曲线和悬浮几何形状.
主要方法:
- 开发了一个2D热流体模型,用于分层到连续打印分析.
- 开发了一个用于斜沉积模拟的3D热流体模型.
- 进行实验,并将结果与数值模型模拟进行比较.
主要成果:
- 高滴滴沉积率有助于用持续液体盖进行连续打印,从而实现光滑的几何形状.
- 滴滴沉积频率控制印刷冰结构的直径.
- 倾斜的沉积会导致不对称的热传递和结前方旋转,使曲和悬浮的特征成为可能.
结论:
- 这项研究为控制3D-ICE的物理提供了宝贵的见解.
- 这些发现使得可重复的3D-ICE打印能够用于组织工程,微流体学和软机器人的应用.
- 了解热传递和流体动力学是控制冰结构形成的关键.
