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连续碳纤维增强热塑性复合材料3D打印中的耦合传热-结晶分析:模拟与实验验证

Coupled heat transfer–crystallization analysis in continuous carbon fiber-reinforced thermoplastic composites 3D printing: simulation and experimental validation

Hadi Parviz, M. Eder, Ali Sarhadi · Technical University of Denmark
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期刊 / 来源Progress in Additive Manufacturing
卷/期/页10 / 4 / 2747-2763
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关键词:碳纤维增强复合材料3D打印传热分析结晶动力学热塑性复合材料有限元模拟Hoffman-Lauritzen模型工艺优化

摘要整理

本研究提出了一种先进的渐进式数值建模方法,用于研究连续碳纤维增强共聚酰胺(Copa)复合材料3D打印过程中的传热现象。采用单元激活技术和主动冷却方法模拟材料挤出过程,并在打印过程中动态更新热边界条件。对复合材料和纯聚合物样品进行了差示扫描量热法(DSC)测试,以获取结晶行为数据,基于DSC测试结果采用Hoffman-Lauritzen模型进行结晶建模。研究表明,所提出的建模方法与Hoffman-Lauritzen结晶模型耦合,能够准确预测复合材料挤出物沉积后的热历史。对于纯聚合物,所建立的有限元模型结果与现有文献结果相符。利用热成像技术进行的原位温度测量结果与为连续纤维增强Copa复合材料3D打印开发的传热模型预测结果高度一致,验证了该模型预测打印过程中温度分布的能力。该研究为优化连续纤维增强热塑性复合材料的3D打印工艺参数提供了重要的理论基础。

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