Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку
Розглядається задача про рух високов’язкої рідини у вузькому каналі з підігрівом, який моделює процес екструдування полімерів для тривимірного друку. Важливим елементом для цього класу задач є підбір параметрів руху полімерної маси та теплообміну з метою сталого формування виробу. Він полягає в тому...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2021 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2021
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184814 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища 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. — № 6. — С. 23-31. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-184814 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. 2022-07-17T14:26:45Z 2022-07-17T14:26:45Z 2021 Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища 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. — № 6. — С. 23-31. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.06.023 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184814 532.54:678.027.3.002.5 Розглядається задача про рух високов’язкої рідини у вузькому каналі з підігрівом, який моделює процес екструдування полімерів для тривимірного друку. Важливим елементом для цього класу задач є підбір параметрів руху полімерної маси та теплообміну з метою сталого формування виробу. Він полягає в тому, щоб трохи перегріту масу подати до відповідного місця, де вона швидко застигне, в результаті чого буде стійко зберігатися форма друкованого виробу. Як робоче середовище використовуються відповідні полімери, які мають необхідні властивості. У задачі, що розглядається, для розкриття фізичних особливостей процесу використовується ньютонівська рідина, яка за своїми властивостями є близькою до поліетилентерефталату (ПЕТФ), який також застосовується в технології тривимірного друку. Задачу про рух і теплообмін сформульовано в рамках теорії моделі вузького каналу з урахуванням дисипації механічної енергії. Для високов’язких рідин, навіть незважаючи на малі швидкості, урахування дисипативних членів є необхідним, оскільки великі градієнти швидкостей можуть призводити до великої величини дисипації і, відповідно, до значного зростання температури. Ця особливість виявилася надзвичайно важливою саме для такого класу задач. Для більш яскравого подання розв’язку крім однієї рідини, близької до ПЕТФ, розглянуто рух і нагрів рідини, в’язкість якої у 10 разів менша за в’язкість полімеру. Розв’язання було проведено методом смуг, в яких температура і, відповідно, в’язкість, що залежить від неї, приймалися незалежними від поперечної координати. Це дозволило використовувати аналітичну залежність для швидкостей у кожній смузі, що зробило метод напіваналітичним та полегшило розв’язання задачі. Результати, отримані чисельно, вказують на те, що в робочому інтервалі формування (приблизно 0,1 м/с та 0,5 м/с), дисипація дійсно значно впливає на процес. Так, для умовно малов’язкої рідини перегрів її в кінці апарату виявляється істотним, але може бути знятий за допомогою додаткового обдування. Для високов’язкої рідини це зробити практично неможливо, тобто така рідина не може використовуватися в апараті з розглянутими геометричними розмірами. Отже, математичне моделювання досліджуваного процесу дає можливість проводити розрахунки параметрів течії та визначати необхідні умови і, відповідно, властивості рідини для стійкого тривимірного друкування. This research aims to investigate the motion of a high-viscosity liquid in a narrow heated channel simulating the process of extrusion of polymers for the three-dimensional printing. The selection of polymer mass movement and heat exchange parameters is an important element for this type of tasks. Its purpose is to obtain a stable product molding. Here, it consists in feeding the slightly overheated mass to the appropriate place, where it will quickly solidify; therefore the printed product shape is stably retained. Corresponding polymers with the required properties are used as a working medium. A Newtonian liquid is used to reveal the physical features of the process. Its properties are close to those of polyethylene terephthalate, which is also used in the three-dimensional printing technology. The problem of motion and heat exchange is formulated within the framework of the narrow channel model theory with regard for the mechanical energy dissipation. It is necessary to consider the dissipative terms, since large velocity gradients can lead to a large value of the dissipation and, accordingly, to a large increase in the temperatures. The feature turns out to be extremely important for this particular task type. In addition to a liquid close to PETF, the motion and heating of a liquid, the viscosity of which is 10 times less than the viscosity of the polymer, is considered for a clearer presentation of the resilts. The solution was carried out using the method of stripes, in which the temperature and, accordingly, the viscosity, depending on it, are taken independent of the cross-coordinate. This makes it possible to use an analytical dependence for the velocities in each stripe, which makes the method semianalytical and facilitates the solution. The results ob tained numerically indicate that, within the working interval of the molding (about 0.1 m/s and 0.5 m/s), the dissipation has a really significant effect on the process. So, the overheating of a conventionally low-viscosity liquid at the end of the apparatus turns out to be significant, but it can be removed by the additional blowing. This is practically impossible to do for a highly viscous fluid, i.e. such a liquid cannot be used in an apparatus with the considered geometrical dimensions. Thus, the mathematical modeling of the process under study makes it possible to calculate the flow parameters and to determine the necessary conditions and, accordingly, the properties of the liquid for a stable three-dimensional printing. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Механіка Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку Features of using a lowviscosity Newtonian medium in an extrusion apparatus for three-dimensional printing Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| spellingShingle |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку Булат, А.Ф. Єлісєєв, В.І. Семененко, Є.В. Стадничук, М.М. Блюсс, Б.О. Механіка |
| title_short |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_full |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_fullStr |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_full_unstemmed |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| title_sort |
особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища в екструзійному апараті для тривимірного друку |
| 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. |
| topic |
Механіка |
| topic_facet |
Механіка |
| publishDate |
2021 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Features of using a lowviscosity Newtonian medium in an extrusion apparatus for three-dimensional printing |
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/184814 |
| citation_txt |
Особливості використання малов’язкого ньютонівського середовища 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. — № 6. — С. 23-31. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT bulataf osoblivostívikoristannâmalovâzkogonʹûtonívsʹkogoseredoviŝavekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT êlísêêvví osoblivostívikoristannâmalovâzkogonʹûtonívsʹkogoseredoviŝavekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT semenenkoêv osoblivostívikoristannâmalovâzkogonʹûtonívsʹkogoseredoviŝavekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT stadničukmm osoblivostívikoristannâmalovâzkogonʹûtonívsʹkogoseredoviŝavekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT blûssbo osoblivostívikoristannâmalovâzkogonʹûtonívsʹkogoseredoviŝavekstruzíinomuaparatídlâtrivimírnogodruku AT bulataf featuresofusingalowviscositynewtonianmediuminanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT êlísêêvví featuresofusingalowviscositynewtonianmediuminanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT semenenkoêv featuresofusingalowviscositynewtonianmediuminanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT stadničukmm featuresofusingalowviscositynewtonianmediuminanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting AT blûssbo featuresofusingalowviscositynewtonianmediuminanextrusionapparatusforthreedimensionalprinting |
| first_indexed |
2025-12-07T15:33:01Z |
| last_indexed |
2025-12-07T15:33:01Z |
| _version_ |
1850864127274123264 |
| description |
Розглядається задача про рух високов’язкої рідини у вузькому каналі з підігрівом, який моделює процес екструдування полімерів для тривимірного друку. Важливим елементом для цього класу задач є підбір параметрів руху полімерної маси та теплообміну з метою сталого формування виробу. Він полягає в тому, щоб трохи перегріту масу подати до відповідного місця, де вона швидко застигне, в результаті чого
буде стійко зберігатися форма друкованого виробу. Як робоче середовище використовуються відповідні
полімери, які мають необхідні властивості. У задачі, що розглядається, для розкриття фізичних особливостей процесу використовується ньютонівська рідина, яка за своїми властивостями є близькою до поліетилентерефталату (ПЕТФ), який також застосовується в технології тривимірного друку. Задачу про рух і теплообмін сформульовано в рамках теорії моделі вузького каналу з урахуванням дисипації механічної
енергії. Для високов’язких рідин, навіть незважаючи на малі швидкості, урахування дисипативних членів є
необхідним, оскільки великі градієнти швидкостей можуть призводити до великої величини дисипації і,
відповідно, до значного зростання температури. Ця особливість виявилася надзвичайно важливою саме для
такого класу задач. Для більш яскравого подання розв’язку крім однієї рідини, близької до ПЕТФ, розглянуто рух і нагрів рідини, в’язкість якої у 10 разів менша за в’язкість полімеру. Розв’язання було проведено методом смуг, в яких температура і, відповідно, в’язкість, що залежить від неї, приймалися незалежними від
поперечної координати. Це дозволило використовувати аналітичну залежність для швидкостей у кожній
смузі, що зробило метод напіваналітичним та полегшило розв’язання задачі. Результати, отримані чисельно, вказують на те, що в робочому інтервалі формування (приблизно 0,1 м/с та 0,5 м/с), дисипація дійсно
значно впливає на процес. Так, для умовно малов’язкої рідини перегрів її в кінці апарату виявляється
істотним, але може бути знятий за допомогою додаткового обдування. Для високов’язкої рідини це зробити
практично неможливо, тобто така рідина не може використовуватися в апараті з розглянутими геометричними розмірами. Отже, математичне моделювання досліджуваного процесу дає можливість проводити розрахунки параметрів течії та визначати необхідні умови і, відповідно, властивості рідини для стійкого тривимірного друкування.
This research aims to investigate the motion of a high-viscosity liquid in a narrow heated channel simulating
the process of extrusion of polymers for the three-dimensional printing. The selection of polymer mass movement
and heat exchange parameters is an important element for this type of tasks. Its purpose is to obtain a stable
product molding. Here, it consists in feeding the slightly overheated mass to the appropriate place, where it will
quickly solidify; therefore the printed product shape is stably retained. Corresponding polymers with the
required properties are used as a working medium. A Newtonian liquid is used to reveal the physical features of
the process. Its properties are close to those of polyethylene terephthalate, which is also used in the three-dimensional
printing technology. The problem of motion and heat exchange is formulated within the framework of
the narrow channel model theory with regard for the mechanical energy dissipation. It is necessary to consider
the dissipative terms, since large velocity gradients can lead to a large value of the dissipation and, accordingly,
to a large increase in the temperatures. The feature turns out to be extremely important for this particular task
type. In addition to a liquid close to PETF, the motion and heating of a liquid, the viscosity of which is 10 times
less than the viscosity of the polymer, is considered for a clearer presentation of the resilts. The solution was
carried out using the method of stripes, in which the temperature and, accordingly, the viscosity, depending on it,
are taken independent of the cross-coordinate. This makes it possible to use an analytical dependence for the
velocities in each stripe, which makes the method semianalytical and facilitates the solution. The results ob tained
numerically indicate that, within the working interval of the molding (about 0.1 m/s and 0.5 m/s), the dissipation
has a really significant effect on the process. So, the overheating of a conventionally low-viscosity liquid
at the end of the apparatus turns out to be significant, but it can be removed by the additional blowing. This is
practically impossible to do for a highly viscous fluid, i.e. such a liquid cannot be used in an apparatus with
the considered geometrical dimensions. Thus, the mathematical modeling of the process under study makes it
possible to calculate the flow parameters and to determine the necessary conditions and, accordingly, the properties
of the liquid for a stable three-dimensional printing.
|