Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.023

Ключові слова:

ньютонівська рідина, полімери, тривимірний друк, екструзійний апарат

Анотація

Розглядається задача про рух високов’язкої рідини у вузькому каналі з підігрівом, який моделює процес екструдування полімерів для тривимірного друку. Важливим елементом для цього класу задач є підбір параметрів руху полімерної маси та теплообміну з метою сталого формування виробу. Він полягає в тому, щоб трохи перегріту масу подати до відповідного місця, де вона швидко застигне, в результаті чого буде стійко зберігатися форма друкованого виробу. Як робоче середовище використовуються відповідні полімери, які мають необхідні властивості. У задачі, що розглядається, для розкриття фізичних особливостей процесу використовується ньютонівська рідина, яка за своїми властивостями є близькою до поліетилентерефталату (ПЕТФ), який також застосовується в технології тривимірного друку. Задачу про рух і теплообмін сформульовано в рамках теорії моделі вузького каналу з урахуванням дисипації механічної енергії. Для високов’язких рідин, навіть незважаючи на малі швидкості, урахування дисипативних членів є необхідним, оскільки великі градієнти швидкостей можуть призводити до великої величини дисипації і, відповідно, до значного зростання температури. Ця особливість виявилася надзвичайно важливою саме для такого класу задач. Для більш яскравого подання розв’язку крім однієї рідини, близької до ПЕТФ, розглянуто рух і нагрів рідини, в’язкість якої у 10 разів менша за в’язкість полімеру. Розв’язання було проведено методом смуг, в яких температура і, відповідно, в’язкість, що залежить від неї, приймалися незалежними від поперечної координати. Це дозволило використовувати аналітичну залежність для швидкостей у кожній смузі, що зробило метод напіваналітичним та полегшило розв’язання задачі. Результати, отримані чисельно, вказують на те, що в робочому інтервалі формування (приблизно 0,1 м/с та 0,5 м/с), дисипація дійсно значно впливає на процес. Так, для умовно малов’язкої рідини перегрів її в кінці апарату виявляється істотним, але може бути знятий за допомогою додаткового обдування. Для високов’язкої рідини це зробити практично неможливо, тобто така рідина не може використовуватися в апараті з розглянутими геометричними розмірами. Отже, математичне моделювання досліджуваного процесу дає можливість проводити розрахунки параметрів течії та визначати необхідні умови і, відповідно, властивості рідини для стійкого тривимірного друкування.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Shkuro, A. E. & Krivonogov, P. S. (2017). Technologies and materials for 3D printing: tutorial, Ekaterinburg: UGLTU (in Russian).

Chang Dey Han (1979). Rheology in polymer processing. Moscow: Himiya (in Russian).

Kim, V. S. (2005). Theory and practice of polymer extrusion. Moscow: Himiya (in Russian).

Kuzyaev, I. M., Sviderskiy, V. A. and Petuhov, A. D. (2016). Simulation of extrusion and extruders in polymer processing. Pt.1, Kiev: Politehnika (in Russian).

Revyako, M. M. & Prokopchuk, N. R. (2009). Theoretical foundations of polymer processing. Minsk: BGTU (in Belarusian).

Lipatova, Yu. S. (Ed.) (1977). Thermophysical and rheological characteristics of polymer. Kiev: Naukova Dumka (in Russian).

Zyabitskogo, A. (ed.) & Kavai, H. (Ed.) (1988). High speed fiber spinning. Moscow: Himiya (in Russian).

Yelisieiev, V. I., Sovit, Yu. P. & Fler, L. A. (1999). Numerical simulation of the formation of fiber bundles from polymer melts. Appl. Mech. and Techn. Phys., 40, No. 1, pp. 184-192 (in Russian).

Blyuss, B. A., Nykyforova, N. А. & Vytushko, О. V. (2012). Simulation of the electroviscous effect in fluid filtration in rocks. Geotech. mech., № 101, pp. 187-192 (in Ukrainian).

Pat. 124376 UA, IPC B41J2/00 G02B26/12 H04N1/113 (2006.1), Device for three-dimensional laser printing, Bulat, A.F., Voziianov, V. S., Stadnychuk, N. N., Voloshyn, О. І., Hubenko, D. І., Kutymov, І. V. № u201709433; Publ. 10.04.2018 (in Ukrainian).

Semenenko, Ye. V. & Kyrychko, S. N. (2014). Mathematical model of free flow of non-Newtonian fluid. Problems of math. modeling, pp. 86-88 (in Russian).

##submission.downloads##

Опубліковано

23.12.2021

Як цитувати

Булат, А. ., Єлісєєв, В. ., Семененко, Є. ., Стадничук, М. ., & Блюсс, Б. . (2021). Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку. Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, (6), 23–31. https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.023