ABS3D打印机喷头的温度场模拟

2016-08-31 by:CAE仿真在线来源:互联网

对3D打印机而言,喷头是最为重要的核心元件,其温度场的准确模拟将有助于确定合理的打印速度。本文以ABS的喷头为例,在保证喷嘴正常工作的情况下,计算最大的出料速度。

1 建几何模型

打开ANSYS17.0,将左侧Analysis Systems中的Fluid Flow(Fluent)添加到Project Schematic中,并在Geomtry中创建喷嘴模型,如下图所示。

ABS 3D打印机喷头的温度场模拟

其中左侧圆截面定义为inlet,右侧圆截面定义为outlet,左侧圆柱面定义为wall1,右侧圆柱面定义为wall2。

2 划分网格

打开Mesh工具,指定网格划分方法为Sweep Method,对网格尺寸的控制方式选择Body sizing,并指定Element Size为0.2mm。

ABS 3D打印机喷头的温度场模拟

划分网格结果如下:

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3 定义材料、边界条件、模型属性和求解设置

在Project Schematic中双击Setup,进入Fluent界面,注意选择双精度double,以及根据电脑配置情况选择parallel并设置CPU线程数量。

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在General面板内依次点击Scale(确认模型尺度)、check(看是否有负体积单元)、Report Quality(检查网格质量,评估收敛性)。在Solver选项中依次指定Type为Pressure-Based,Verlocity-Formulation为Absolute,Time为Steady(先稳态计算,读者可在稳态计算的基础上自行瞬态模拟),忽略重力影响。

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然后进入Models设置。打开能量方程,Energy(On),流动形式保持层流(Viscous(Laminar)),打开凝固/熔化选型Solidification&Melting(On),Parameter选择默认。

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定义ABS材料属性。在Creat/Edit Materials面板中选择Use Define Database,在Open Database面板中选择OK。

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在User-Defined Database Materials面板中选择New,在后续弹出面板中指定Name为abs,Types为fluid,在中间的Available Properties中依次向右添加1)Cp(Specific Heat),在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为2300;

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2)Density,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为1150; 3)Latent Heat,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为3700000;4)Liquidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为378.15;5)Solidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为378.15;6)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为0.36;7)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为0.36;8)Thermal Expansion Coefficient,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为8.51e-05;9)Viscosity,在Edit面板中指定Material Property为Constant,数值为400。然后依次在弹出的面板中点击Apply、Copy、Change/Create。