Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку
Математичні моделі екструдування показують, що під час течії високов’язких рідин в процесі тривимірного друкування виникає проблема нагріву робочого середовища. Вона полягає в тому, що під час подачі матеріалу включається механізм дисипації механічної енергії в теплову, що зумовлює перегрів рідини....
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2021 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2021
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182510 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку / А.Ф. Булат, В.І. Єлісєєв, Є.В. Семененко, М.М. Стадничук, Б.О. Блюсс // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 5. — С. 25-32. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1862614484590264320 |
|---|---|
| author | Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. |
| author_facet | Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. |
| citation_txt | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку / А.Ф. Булат, В.І. Єлісєєв, Є.В. Семененко, М.М. Стадничук, Б.О. Блюсс // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 5. — С. 25-32. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Математичні моделі екструдування показують, що під час течії високов’язких рідин в процесі тривимірного друкування виникає проблема нагріву робочого середовища. Вона полягає в тому, що під час подачі матеріалу включається механізм дисипації механічної енергії в теплову, що зумовлює перегрів рідини. У свою
чергу це може призводити до невідповідності форм одержуваного виробу. Для стійкого формування необхідно, щоб матеріал, що подається, оплавлявся біля стінок апарата. Перегрів має бути мінімальним, щоб,
виходячи з насадка, матеріал міг швидко застигнути, бажано без додаткових обдувних пристроїв. У цій
статті розглядається задача про рух полімерної маси в каналі з підігрівом з метою визначення необхідних
умов виконання такої операції, виходячи з певних геометричних форм екструдера. Як модельна рідина використовується непружне середовище із в’язкістю, що залежить від температури та градієнтів швидкостей. Це досить широко використовуваний у практичних розрахунках клас неньютонівських модельних рідин для визначення параметрів течії полімерів і передбачення певних властивостей одержуваних виробів.
Нехтування пружними властивостями полімерів часто є виправданим у зв’язку з незначністю проявів
цих властивостей або з чіткою локалізацією цих ефектів. Для розв’язання задачі, сформульованої в рамках
теорії вузького каналу, використовується метод смуг, в межах яких температура приймається постійною, тобто незалежною від поперечної координати. Це дає можливість покласти в основу розв’язання відомі аналітичні вирази для швидкостей з подальшим уточненням їх, у зв’язку зі складною залежністю в’язкості від градієнтів швидкості. Уточнюючи на кожному кроці динамічні параметри течії з попереднього
кроку, можна чисельно отримати досить стійкі гладкі розв’язки. Розрахунки були проведені для неньютонівської рідини, близької за своїми властивостями до полімеру АБС-3А. Розрахунки показали, що властивість псевдопластичності, яка притаманна цьому полімеру, відіграє важливу роль у процесі екструдування. Завдяки тому, що зі збільшенням поперечного градієнта поздовжньої швидкості в’язкість цього
полімеру значно падає, величина дисипації механічної енергії теж падає, тобто зменшується теплова
енергія, що виділяється під час дисипації. Це в свою чергу призводить до меншого нагрівання полімерного
матеріалу, що рухається. Отже, виходячи з геометричних розмірів апарата, можна моделювати течію
полімерної рідини та підбирати параметри формування і температури рідини на виході з апарата.
Mathematical extrusion models show that, during the flow of highly viscous liquids in the process of threedimensional
printing, there is a problem of working medium heating. It is that, during the material supply,
the mechanism of dissipation of the mechanical energy into the heat is activated, which leads to the liquid
overheating. In turn, this can lead to a resulting product shape mismatch. For a stable forming, it is necessary
that the supplied material to be melted near the apparatus walls. Overheating should be minimal. So, while
leaving the nozzle, the material can be hardened quickly, preferably without additional blowing devices. This
article discusses the problem of the polymer mass movement in the heated channel in order to determine the
necessary conditions for such operation, based on the definite extruder geometric shapes. As the model fluid,
an inelastic medium with a viscosity depending on temperature and velocity gradients is used. Such class of
nonnewtonian model fluids widely used in practical calculations serves to define parameters of the polymers
flow and to predict certain products properties. Due to the minor properties manifestations or clear localization
of the effects neglecting the polymers elastic properties is often justified. To solve the problem formulated in
the framework of a narrow channel theory, the method of bands is used, when the temperature is assumed to be
constant, i.e. independent of the transverse coordinate. This makes it possible to base the solution on known
analytical expressions for velocities with their subsequent clarification, due to the complex dependence of the
viscosity on velocity gradients. By refining the flow dynamic parameters from the previous step at each step, it is
possible to obtain numerically quite stable smooth solutions. Calculations were performed for a nonnewtonian
fluid similar in properties to the polymer ABS-3A. Calculations show that the pseudoplasticity characteristic,
inherent in this polymer, plays an important role in the extrusion process. Due to the fact that, with longitudinal
velocity transverse gradient increasing, the polymer viscosity decreases significantly, the mechanical energy dissipation
amount also decreases, i.e. the thermal energy released during the dissipation decreases. This, in turn,
leads to a less heating of the moving polymeric material. Therefore, based on the apparatus geometric dimensions,
it is possible to simulate the polymer liquid flow and to select the liquid formation and temperature parameters
at the apparatus outlet.
|
| first_indexed | 2025-11-29T11:00:26Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-182510 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-29T11:00:26Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. 2022-01-05T18:40:12Z 2022-01-05T18:40:12Z 2021 Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку / А.Ф. Булат, В.І. Єлісєєв, Є.В. Семененко, М.М. Стадничук, Б.О. Блюсс // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 5. — С. 25-32. — Бібліогр.: 10 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.05.025 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182510 532.54:678.027.3.002.5 Математичні моделі екструдування показують, що під час течії високов’язких рідин в процесі тривимірного друкування виникає проблема нагріву робочого середовища. Вона полягає в тому, що під час подачі матеріалу включається механізм дисипації механічної енергії в теплову, що зумовлює перегрів рідини. У свою
 чергу це може призводити до невідповідності форм одержуваного виробу. Для стійкого формування необхідно, щоб матеріал, що подається, оплавлявся біля стінок апарата. Перегрів має бути мінімальним, щоб,
 виходячи з насадка, матеріал міг швидко застигнути, бажано без додаткових обдувних пристроїв. У цій
 статті розглядається задача про рух полімерної маси в каналі з підігрівом з метою визначення необхідних
 умов виконання такої операції, виходячи з певних геометричних форм екструдера. Як модельна рідина використовується непружне середовище із в’язкістю, що залежить від температури та градієнтів швидкостей. Це досить широко використовуваний у практичних розрахунках клас неньютонівських модельних рідин для визначення параметрів течії полімерів і передбачення певних властивостей одержуваних виробів.
 Нехтування пружними властивостями полімерів часто є виправданим у зв’язку з незначністю проявів
 цих властивостей або з чіткою локалізацією цих ефектів. Для розв’язання задачі, сформульованої в рамках
 теорії вузького каналу, використовується метод смуг, в межах яких температура приймається постійною, тобто незалежною від поперечної координати. Це дає можливість покласти в основу розв’язання відомі аналітичні вирази для швидкостей з подальшим уточненням їх, у зв’язку зі складною залежністю в’язкості від градієнтів швидкості. Уточнюючи на кожному кроці динамічні параметри течії з попереднього
 кроку, можна чисельно отримати досить стійкі гладкі розв’язки. Розрахунки були проведені для неньютонівської рідини, близької за своїми властивостями до полімеру АБС-3А. Розрахунки показали, що властивість псевдопластичності, яка притаманна цьому полімеру, відіграє важливу роль у процесі екструдування. Завдяки тому, що зі збільшенням поперечного градієнта поздовжньої швидкості в’язкість цього
 полімеру значно падає, величина дисипації механічної енергії теж падає, тобто зменшується теплова
 енергія, що виділяється під час дисипації. Це в свою чергу призводить до меншого нагрівання полімерного
 матеріалу, що рухається. Отже, виходячи з геометричних розмірів апарата, можна моделювати течію
 полімерної рідини та підбирати параметри формування і температури рідини на виході з апарата. Mathematical extrusion models show that, during the flow of highly viscous liquids in the process of threedimensional
 printing, there is a problem of working medium heating. It is that, during the material supply,
 the mechanism of dissipation of the mechanical energy into the heat is activated, which leads to the liquid
 overheating. In turn, this can lead to a resulting product shape mismatch. For a stable forming, it is necessary
 that the supplied material to be melted near the apparatus walls. Overheating should be minimal. So, while
 leaving the nozzle, the material can be hardened quickly, preferably without additional blowing devices. This
 article discusses the problem of the polymer mass movement in the heated channel in order to determine the
 necessary conditions for such operation, based on the definite extruder geometric shapes. As the model fluid,
 an inelastic medium with a viscosity depending on temperature and velocity gradients is used. Such class of
 nonnewtonian model fluids widely used in practical calculations serves to define parameters of the polymers
 flow and to predict certain products properties. Due to the minor properties manifestations or clear localization
 of the effects neglecting the polymers elastic properties is often justified. To solve the problem formulated in
 the framework of a narrow channel theory, the method of bands is used, when the temperature is assumed to be
 constant, i.e. independent of the transverse coordinate. This makes it possible to base the solution on known
 analytical expressions for velocities with their subsequent clarification, due to the complex dependence of the
 viscosity on velocity gradients. By refining the flow dynamic parameters from the previous step at each step, it is
 possible to obtain numerically quite stable smooth solutions. Calculations were performed for a nonnewtonian
 fluid similar in properties to the polymer ABS-3A. Calculations show that the pseudoplasticity characteristic,
 inherent in this polymer, plays an important role in the extrusion process. Due to the fact that, with longitudinal
 velocity transverse gradient increasing, the polymer viscosity decreases significantly, the mechanical energy dissipation
 amount also decreases, i.e. the thermal energy released during the dissipation decreases. This, in turn,
 leads to a less heating of the moving polymeric material. Therefore, based on the apparatus geometric dimensions,
 it is possible to simulate the polymer liquid flow and to select the liquid formation and temperature parameters
 at the apparatus outlet. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Механіка Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку Nonnewtonian fluid flow in an extrusion apparatus for three-dimensional printing Article published earlier |
| spellingShingle | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. Механіка |
| title | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_alt | Nonnewtonian fluid flow in an extrusion apparatus for three-dimensional printing |
| title_full | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_fullStr | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_full_unstemmed | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_short | Течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_sort | течія неньютонівської рідини в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| topic | Механіка |
| topic_facet | Механіка |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/182510 |
| work_keys_str_mv | AT bulataf tečíânenʹûtonívsʹkoírídinivekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT êlísêêvví tečíânenʹûtonívsʹkoírídinivekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT semenenkoêv tečíânenʹûtonívsʹkoírídinivekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT stadničukmm tečíânenʹûtonívsʹkoírídinivekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT blûssbo tečíânenʹûtonívsʹkoírídinivekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT bulataf nonnewtonianfluidflowinanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT êlísêêvví nonnewtonianfluidflowinanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT semenenkoêv nonnewtonianfluidflowinanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT stadničukmm nonnewtonianfluidflowinanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT blûssbo nonnewtonianfluidflowinanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting |