Оптимальный структурный анализ формы сопла 3D-принтера

Наиболее репрезентативной технологией аддитивного производства является моделирование послойным наплавлением (FDM). Для повышения точности печати FDM в работе в качестве факторов влияния выбраны диаметр выходного отверстия сопла, угол сужения и длина выпрямляющего участка, а в качестве показателей — стабильность скорости выхода расплава, вязкость и давление на выходе; по этим показателям спроектирован ортогональный эксперимент. Для моделирования и анализа структурных характеристик сопла 3D-принтера использовалось связанное гидро-структурное (fluid–solid) моделирование в COMSOL Multiphysics, а для обработки данных применён метод разностного анализа. В завершение использована модель двухфазного течения для имитации морфологических характеристик расплава, вытекающего из сопла. Результаты показывают, что симуляции для двух материалов схожи: при уменьшении диаметра сопла давление расплава снижается, скорость возрастает, а вязкость уменьшается. Для PLA-филаментов оптимальная конструкция сопла: диаметр выхода 0,2 мм, длина выпрямляющего участка 1,5 мм, угол сужения 60°. Для ABS-филаментов оптимальная конструкция: диаметр выхода 0,2 мм, длина выпрямляющего участка 1,5 мм, угол сужения 30°. Диаметр выходного отверстия сопла обратно пропорционален точности печати как для ABS, так и для PLA. Полученные результаты представляют теоретическую основу для оптимизации конструкции сопла для 3D-печати.