通过仿真计算优化SLM 3D打印过程中铺粉的粉末均匀程度(2)
研究的某款SLM打印机中粉末的运动主要经过4个部件,见图6。蓝色的给粉器、绿色的分粉器、粉色的铺粉器和黄色的打印室上下平台。
图8:简化过的内流道几何模型,来源安世亚太
模型简化将分粉器和铺粉器的不必要零部件去除,抽取内部流道部分。
图9:整体网格结构,来源安世亚太
模型简化将分粉器和铺粉器的不必要零部DPM模型计算出的自由落粉时间为0.41秒。从YZ截面的颗粒Y坐标云图可以看出,颗粒贴近分粉器内板,有一定的扬粉效果,撒粉出口颗粒分布较均匀。从XY截面的颗粒Y坐标云图可以看出,粉末主要从X正方向的出口流出,但另一侧也有粉末堆积。
DDPM-DEM模型计算出的自由落粉时间为1.0秒,Y位置呈现非常明显的波动下降趋势,代表了颗粒相互作用明显且将已经下落的粉末撞击造成位置上升。从YZ截面的颗粒Y坐标云图可以看出,颗粒分布均匀,可以观察到颗粒间,颗粒与壁面间的相互作用。从XY截面的颗粒Y坐标云图可以看出,粉末从两侧流出,两侧分配的流量比较均匀。
提取瞬态计算中0.7s之后的状态结果,将分粉器和铺粉器内的体积沿Z轴等分为10份,统计单位体积内的颗粒数量,最终回归为每个区域颗粒质量与总质量的比例,对比见图16。
图17:DDPM+DEM耦合与文献1,2中改进后Fluent DPM方法结果对比,来源安世亚太
本研究对Fluent软件对撒粉器结构的仿真效果。总结如下:
相比于Fluent软件较成熟的模型DPM得到的结构,DDPM-DEM模型仿真考虑了颗粒间的碰撞,颗粒与壁面碰撞,从铺粉器出口得到的分布结果看与理想状况较为接近,两侧量较少从而减少了铺粉过程中浪费的回收粉量,粉多集中在中部区域,呈正态分布。
DDPM-DEM模型更接近实际的稠密颗粒流的情况,相较于理想情况的分布,两侧粉末的数量较少说明撒粉器的分粉槽在设计中存在缺陷,对撒粉器的设计提出了指导性意见。
综上所述,选择正确的流体仿真模型可以对实际设备的设计起到指导性的改进意见,提高设计的效率。
薛一戈
安世亚太流体工程师,美国ILLINOIS INSTITUTE OF TECHNOLOGY机械与航空航天工程专业,硕士学位,超过2年的汽车行业CAD设计与CAE仿真,擅长湍流、边界层、多相流、颗粒物等多个领域的仿真与分析,目前主要参与增材设备的流体仿真分析项目,积累大量3D打印设备流体优化经验。”
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