پديد آورنده :
شادور، نفيسه
عنوان :
شبيه سازي و بررسي تجربي فرآيند اكستروژن رشته پليمري ABS در فرآيند ساخت افزودني FDM
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي كاربردي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي مكانيك
صفحه شمار :
چهارده، 102ص.: مصور
استاد راهنما :
احسان فروزمهر، محسن بدرسماي
استاد مشاور :
مهدي كاروان
توصيفگر ها :
شبيه سازي المان محدود , افت فشار , تورم قالب , توزيع دمايي
تاريخ نمايه سازي :
94/11/18
استاد داور :
عباس قايي، پيمان مصدق
چكيده فارسي :
چكيده فرآيند ساخت قطعات به روش اكستروژن رشتههاي پليمري با استفاده از حرارت FDM يكي از پركاربردترين روشهاي ساخت افزودني است كه از طريق ذوب رشتههاي جامد پليمري قطعات طراحي شده را به صورت اليهبهاليه ميسازد از جمله پارامترهاي مهم در فرآيند اكستروژن پليمر در FDM سرعت ورودي رشته پليمر به داخل اكسترودر يا همان نرخ جريان ورودي دماي محفظه و ابعاد هندسي اكسترودر ميباشد تغيير هركدام از اين پارامترها بر رفتار پليمر نيمهمذاب اكسترود شده و در نتيجه بر كيفيت قطعه نهايي و دقت ابعادي آن تاثير ميگ ذارد قطر پليمر مذاب در خروج از نازل اكسترودر به دليل رفتار غيرنيوتني آن افزايش مييابد كه به اين پديده تورم قالب گفته ميشود در اين تحقيق هدف مطالعه رفتار جريان مذاب پليمر ABS در فرآيند اكستروژن در دستگاه FDM با استفاده از آزمايشهاي تجربي مدلسازي عددي و شبيهسازي المان محدود ميباشد در آزمايشهاي تجربي خواص رئولوژيكي و مدلهاي ويسكوزيته پليمر ABS با استفاده از آزمون كپيالري رئومتر به دست آمد همچنين آزمايش تورم قالب و توزيع دمايي پليمر اكسترود شده صورت گرفت در مدل سازي عددي با استفاده از معادالت فشار اثر تغيير پارامترهاي هندسه اكسترودر نرخ جريان و دما بر افت فشار اكسترودر مورد بررسي قرار گرفت در شبيهسازي المان محدود با استفاده از نرمافزار انسيس پليفلو توزيع دماي پليمر و ميزان تغييرات فشار در داخل اكسترودر ميزان تورم قالب و توزيع دمايي پليمر اكسترود شده مورد بررسي قرار گرفته است در اين تحقيق پارامترهاي زاويه و قطر نازل به ترتيب در مقادير 14 تا 181 درجه و 2 1 تا 5 1 ميليمتر متغير در نظر گرفته شدند همچنين دماي اكسترودر و دور موتور اكسترودر مربوط به نرخ جريان در اندازههاي 122 تا 162 درجه سانتيگراد و 8 تا 19 دور بر دقيقه در نظر گرفته شدند نتايج به دست آمده نشان ميدهد با افزايش نرخ جريان در مركز اكسترودر ABS فرصت كمتري براي رسيدن به دماي موردنظر دارد همچنين با افزايش زاويه و كاهش قطر نازل افت فشار داخل اكسترودر افزايش مييابد زاويه نازل 14 درجه و قطر نازل 3 1 ميليمتر با ايجاد افت فشار نسبتا باال جريان مذاب پيوستهاي در اكسترودر ايجاد ميكند در حالي كه در قطر نازل 2 1 ميليمتر فشار اكسترودر بيش از حد افزايش مييابد با افزايش دما ميزان افت فشار اكسترودر و تورم قالب پليمر كاهش يافته و با افزايش نرخ جريان افت فشار و تورم قالب افزايش مييابد همچنين دماي پليمر اكسترود شده در يك فاصله مشخص از نازل با افزايش نرخ جريان افت كمتري دارد با توجه به نتايج تغييرات فشار اكسترودر تورم قالب و توزيع دمايي به منظور كاهش تورم قالب جهت بهبود دقت ابعادي و از طرفي كنترل افت دماي 3 4 11 771 2 و دماي كاري 162 براي فرآيند اكستروژن دستگاه پليمر اكسترود شده جهت بهبود استحكام قطعه نرخ جريان FDM مطلوب است كلمات كليدي فرآيند FDM اكستروژن پليمر ABS مدلسازي عددي شبيهسازي المان محدود افت فشار تورم قالب توزيع دمايي
چكيده انگليسي :
Simulation and Experimental Investigation of the Extrusion Process of the ABS Polymer Filament in Fused Deposition Modelling Additive Manufacturing Process Nafiseh Shadvar n shadvar@me iut ac ir January 2016 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language PersianSupervisor Dr Ehsan Foroozmehr eforoozmehr@cc iut ac ir Dr Mohsen Badrossamay mohsen badrossamay@cc iut ac irAbstractFused deposition modelling FDM is one of the most practical additive manufacturing methods that producesparts in a layer by layer fusion by melting the polymeric solid filaments Important parameters in polymerextrusion process in FDM are the entry velocity of the polymer filament into the extruder or entry flow rate the temperature of the extruder and its geometry dimensions Changing each one of these parameters affectsthe behavior of extruded molten polymer In addition it affects the final part quality and dimensionalaccuracy The diameter of the molten polymer in the output of the extruder nozzle is increased due to the non Newtonian behavior of the material This phenomenon is called the die swell The aim of this project is toinvestigate the ABS melt flow behavior in the extrusion process by experimental tests mathematicalmodelling and finite element simulation In the experimental tests the rheological properties and viscositymodels of the ABS polymer determined by the capillary rheometer test Moreover the die swell and thetemperature field of the extruded polymer investigated experimentally In the mathematical modelling theeffect of changing in the extruder geometry flow rate and temperature on the extruder pressure drop wasstudied In the finite element simulation the polymer temperature field and the pressure changes distributionin the extruder the amount of die swell and the temperature field of extruded polymer were studied by theAnsys Polyflow software In this study the parameters of the nozzle angle and tip diameter were consideredat the values of 90 to 180 degrees and 0 2 to 0 5 mm respectively Also the extruder temperature and itsmotor revolution for flow rate were considered at the values of 220 to 260 and 8 to 40 rpm respectively The results showed that by increasing flow rate the ABS has less chance to reach the desired temperature atthe center of the extruder Moreover with the angle increase and the tip diameter of the nozzle decrease thepressure drop increases in the extruder The nozzle angle of 90 degrees and the nozzle tip diameter of 0 3 mmprovide the continuously melt flow in the extruder by a relatively high pressure drop However at the nozzletip diameter of 0 2 mm the extruder pressure increases excessively Furthermore the extruder pressure andthe die swell of the polymer decrease by rising the temperature and increase by rising the flow rate Thetemperature of the extruded polymer at a certain distance from the nozzle has less drop by increasing the flowrate According to the results of the changes in extruder pressure die swell and temperature field for thehired FDM machine in order to decrease the die swell for improvement of the dimensional accuracy andcontrol the temperature drop of the extruded polymer for improvement of the part strength the flow rate of 3 and the working temperature of 260 are desirable for the extrusion process 2 077 10 9 KeywordsFused Deposition modelling Extrusion ABS polymer Mathematical modelling Finiteelement simulation Pressure drop Die swell Temperature field
استاد راهنما :
احسان فروزمهر، محسن بدرسماي
استاد مشاور :
مهدي كاروان
استاد داور :
عباس قايي، پيمان مصدق
