3、熔融沉积制造材料沉积数值研究与折纸应用实验探索

熔融沉积制造材料沉积数值研究与折纸应用实验探索

1. 材料沉积数值研究

在材料沉积的数值研究中，主要聚焦于半熔融高粘度聚合材料的沉积过程。该过程涉及多个物理因素和参数，对沉积丝的形状产生重要影响。

1.1 物理与数值模型

• 物理过程 ：在喷嘴尖端和打印平台之间的区域，发生着挤出材料的可控剪切变形。材料通过喷嘴的流速（U）和打印平台的移动速度（V）同时影响着沉积丝的形状。
• 假设条件 ：为简化模拟过程，做出了一系列假设。流体被视为不可压缩的，即密度（ρ）保持恒定，质量守恒方程简化为体积守恒。由于对流惯性力相对粘性力较小，假设为蠕流。牛顿流体流动假设为等温，因为喷嘴尖端和打印平台之间的温度变化可忽略不计。
• 控制方程 ：通过网格划分中规定的控制体积求解挤出和沉积的控制方程，包括质量守恒方程 $\frac{\partial u_i}{\partial z} = 0$ 和动量守恒方程 $\rho \frac{\partial P}{\partial t} = -\frac{\partial p}{\partial z} + \mu \frac{\partial^2 u_i}{\partial z \partial z} + \rho g_0$ ，其中 $u_i$ 是z方向的流速，P是单位质量的动量，p是压力，$g_0$ 是重力加速度。
• 材料与参数 ：数值模拟中选择的参数和材料属性如下表所示：
  | 参数 | 符号 | 值 | 单位 |
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