Termomechanická analýza 3D-výtisků s využitím metody konečných prvků.

Abstract

Při aditivní výrobě dochází k warpingu, což je termomechanická deformace, která vzniká při nerovnoměrném chladnutí a ne zcela optimálně nastavené geometrii. Jednou z nejpoužívanějších metod aditivní výroby je metoda FDM, která byla analyzována v této práci. Pomocí předem zvolených termoplastů a metody konečných prvků je simulována termální expanze a mechanické napětí ve vytvořeném modelu. Mimo všechna nastavení je simulace warpingu primárně popsána pomocí rovnice, která definuje přenos tepla, jakožto pohybující se zdroj na povrchu modelu v čase. Termální expanze poukazuje na šíření tepla v modelu a jeho chladnutí. Pomocí tohoto popisu lze sledovat vznik a zánik warpingu, který je při celém ději minimální. Dále jsou porovnány všechny tři zvolené termoplasty. Sledované parametry jsou mechanické napětí a již zmiňovaný warping. Nejhůře z těchto termoplastů vyšel polypropylen.

Warping, which is thermomechanical deformation caused by uneven cooling and not quite optimally set geometry, occurs during additive manufacturing. One of the most used additive methods is FDM, which was analyzed in this academic work. Using preselected thermoplastics and the finite element method, thermal expansion and mechanical stress are simulated in the created model. Excluding all setings, the warping simulation is primarily described using an equation that defines heat transfer as a moving source on the surface of the model in time. Thermal expansion shows heat transfer in the model and his cooling. Using this description it´s possible to follow the emergence and disappereance of the warping, which is minimal during the whole process. All three thermoplastics are then compared. Monitored parameters are mechanical stress and the warping. Polypropylene was revealed as the worst among simulated thermoplastics due to mechanical stress and warping.