利用X射线计算机断层扫描分析材料挤出3D打印机热端中的熔融与流动
流体动力学
2024-02-06 v1
摘要
本文展示了用于研究熔融沉积成型打印机常规热端内流动行为的原位X射线计算机断层扫描（CT）实验。为更好地理解熔融与流动行为，进行了三类实验。在其中一项实验中，进行了360{\deg} CT扫描，聚焦于丝材与喷嘴壁之间的空气间隙。在第二项实验中，使用放射成像研究了喷嘴内部的流动剖面。为与周围喷嘴材料形成良好对比，制备了含有少量钨粉作为造影剂的丝材。在第三次测试中，测量了挤出机力，并与X射线结果和数值模拟预测进行了比较。CT扫描显示，在较高丝材速度下，与熔体接触的喷嘴壁面积更少。这意味着料筒段的更大部分被固态丝材与喷嘴壁之间的空气间隙占据。与丝材速度相反，加热器温度的影响对填充熔体的喷嘴部分未显示出可辨别的作用。对速度剖面的放射评估揭示了在所研究条件下的抛物线分布，与将流动建模为等温非牛顿流体的数值模拟紧密吻合。本研究结果为改进喷嘴设计提供了可能。此外，所提出的实验方法可作为未来验证更复杂数值模拟的宝贵工具。
引用
@article{arxiv.2308.13376,
title = {Analysis of melting and flow in the hot-end of a material extrusion 3D printer using X-ray computed tomography},
author = {Julian Kattinger and Mike Kornely and Julian Ehrler and Christian Bonten and Marc Kreutzbruck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.13376},
year = {2024}
}