ABS3D打印機噴頭的溫度場模擬

2016-08-31 by:CAE仿真在線來源:互聯網

對3D打印機而言,噴頭是最為重要的核心元件,其溫度場的準確模擬將有助于確定合理的打印速度。本文以ABS的噴頭為例,在保證噴嘴正常工作的情況下,計算最大的出料速度。

1 建幾何模型

打開ANSYS17.0,將左側Analysis Systems中的Fluid Flow(Fluent)添加到Project Schematic中,并在Geomtry中創建噴嘴模型,如下圖所示。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

其中左側圓截面定義為inlet,右側圓截面定義為outlet,左側圓柱面定義為wall1,右側圓柱面定義為wall2。

2 劃分網格

打開Mesh工具,指定網格劃分方法為Sweep Method,對網格尺寸的控制方式選擇Body sizing,并指定Element Size為0.2mm。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

劃分網格結果如下:

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

3 定義材料、邊界條件、模型屬性和求解設置

在Project Schematic中雙擊Setup,進入Fluent界面,注意選擇雙精度double,以及根據電腦配置情況選擇parallel并設置CPU線程數量。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

在General面板內依次點擊Scale(確認模型尺度)、check(看是否有負體積單元)、Report Quality(檢查網格質量,評估收斂性)。在Solver選項中依次指定Type為Pressure-Based,Verlocity-Formulation為Absolute,Time為Steady(先穩態計算,讀者可在穩態計算的基礎上自行瞬態模擬),忽略重力影響。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

然后進入Models設置。打開能量方程,Energy(On),流動形式保持層流(Viscous(Laminar)),打開凝固/熔化選型Solidification&Melting(On),Parameter選擇默認。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

定義ABS材料屬性。在Creat/Edit Materials面板中選擇Use Define Database,在Open Database面板中選擇OK。

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

在User-Defined Database Materials面板中選擇New,在后續彈出面板中指定Name為abs,Types為fluid,在中間的Available Properties中依次向右添加1)Cp(Specific Heat),在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為2300;

ABS 3D打印機噴頭的溫度場模擬

2)Density,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為1150; 3)Latent Heat,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為3700000;4)Liquidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為378.15;5)Solidus Temperature,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為378.15;6)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為0.36;7)Thermal Conductivity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為0.36;8)Thermal Expansion Coefficient,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為8.51e-05;9)Viscosity,在Edit面板中指定Material Property為Constant,數值為400。然后依次在彈出的面板中點擊Apply、Copy、Change/Create。