Thermal modeling of material deposition in melt extrusion 3D printing of fiber reinforced polymer composites

纤维增强聚合物复合材料熔融挤出 3D 打印中材料沉积的热建模

基本信息

  • 批准号:
    576647-2022
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.82万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project is to initiate an international research collaboration between the University of British Columbia (UBC) and the Technical University of Munich (TUM), regarding the application of large-scale, melt extrusion additive manufacturing (AM, or 3D printing) of fiber reinforced thermoplastic composite tooling. In 3D printing, deposition of the extrudate at high temperature followed by quick cooling to enforce solidification results in thermal gradients and, subsequently, stresses in a printed part; these stresses may cause manufacturing defects such as warpage or cracking in a printed part. A good understanding of the heat transfer in melt extrusion additive manufactured composites is instrumental for repetitive and consistently reproducible, high-quality printing. To unlock the full value that composite additive manufacturing has to offer, numerical simulation tools are needed to predict and mitigate the manufacturing defects in 3D printed parts. This exploratory UBC/TUM collaboration is to develop a transient heat transfer finite element model to study the temperature evolution in 3D printed composite material, which is required to evaluate the stresses, quality of bonding, and dimensional tolerance in the print.
该项目旨在启动不列颠哥伦比亚大学(UBC)和慕尼黑工业大学(TUM)之间关于应用大规模熔融挤出添加剂制造(AM或3D打印)纤维增强热塑性复合材料模具的国际研究合作。在3D打印中,在高温下沉积挤出物,然后快速冷却以强制凝固,会导致温度梯度,从而在打印部件中产生应力;这些应力可能会导致打印部件中的制造缺陷,如翘曲或开裂。对熔融挤出添加剂制造的复合材料中的热传递有很好的了解,这对于重复和一致地复制高质量的印刷是很有帮助的。为了充分发挥复合添加剂制造的价值,需要数值模拟工具来预测和减轻3D打印零件的制造缺陷。这种探索性的UBC/TUM合作是开发一个瞬时传热有限元模型来研究3D打印复合材料中的温度演变,这是评估打印中的应力、粘接质量和尺寸公差所必需的。

项目成果

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