مدل سازي اكستروژن پلي كپرولاكتون در فرآيند ساخت افزودني به روش FDM در نرم-افزار Ansys-Polyflow

Modelling of polycaprolactone extrusion in additive manufacturing process by fused deposition modelling in ansys-polyflow software

فرآيند ساخت قطعات به روش اكستروژن رشته پليمري با استفاده از حرارت (FDM) از جمله فرآيند هاي ساخت افزودني است كه به روش لايه به لايه قطعات را توليد مي كند. در اين فرآيند پارامترهاي مختلفي از جمله نرخ حجمي جريان ورودي، هندسه اكسترودر و نازل، و دماي ناحيه ايجاد مذاب در نحوه اكسترود ماده و كيفيت قطعه نهايي تاثيرگذار است. در اين تحقيق فرآيند اكستروژن پليمر در روش ساخت افزودني FDM براي پليمر ترموپلاستيك پلي كپرولاكتون با استفاده از نرم افزار المان محدود انسيس پلي فلو جهت مطالعه رفتار جريان مذاب پليمر، ميدان سرعت و تغييرات افت فشار داخل اكسترودر تحت تاثير تغيير پارامترهاي هندسه نازل اكسترودر، سرعت ورودي و دماي ناحيه ايجاد مذاب، مدل سازي شده است. همچنين افت فشار اكسترودر با استفاده از يك مدل عددي و به كمك نرم افزار متلب محاسبه شده است. با بدست آمدن مدل المان محدود، تاثير پارامترهاي فرآيند بر افت فشار در دو مدل سازي عددي و المان محدود با يكديگر مقايسه شده و مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج به دست آمده نشان مي دهد با كاهش زاويه و قطر خروجي نازل، ميزان افت فشار افزايش مي يابد. همچنين با افزايش دماي ناحيه ايجاد مذاب، مقدار افت فشار اكسترودر كاهش و با افزايش سرعت ورودي ماده، افت فشار افزايش پيدا مي كند.

The process of parts manufacturing with extrusion of polymer filament by heat (Fused Deposition Modelling) is one of the Additive Manufacturing processes which produces the parts layer by layer. In this process, different parameters (such as volumetric flow rate, extruder and nozzle geometry, and temperature of liquefier) affect the extruded material and the quality of the final part. In this study, the polymer extrusion process is modeled in FDM Additive Manufacturing method for polycaprolactone thermoplastic polymer using finite element Ansys-Polyflow software to study the flow behavior of molten polymer, velocity field and the changes of pressure drop inside the extruder by changing the parameters geometry of extruder nozzle, entry velocity and the temperature of liquefier. Also, the extruder’s pressure drop was determined with a mathematical model and Matlab software. By obtaining the finite element model, the effect of process parameters on pressure drop in both mathematical and finite element modelling compared with each other and studied. The obtained results indicate that the pressure drop increases by decreasing the angle and outlet diameter of nozzle. As well as with increase of the temperature of liquefier, the amount of extruder pressure drop decreases and with increase of the entry velocity, the pressure drop increases.