Моделювання та аналіз параметрів процесу охолодження екструдера 3d принтера
Автор: Елиїв Ігор Юрійович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Системне проектування
Інститут: Інститут комп'ютерних наук та інформаційних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Елиїв І.Ю., Здобицький А.Я. (керівник). Моделювання та аналіз параметрів процесу охолодження екструдера 3D принтера. Магістерська кваліфікаційна робота - Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2023. В магістерській кваліфікаційній роботі розглядається чисельний аналіз теплопередачі методом кінцевих елементів у екструдері 3D-принтера від нагрівального блоку, який має електричний опір і на якому контролюється теплова потужність, що надходить до нагрітої частини полімерної нитки. Надлишок тепла, що передається нагрівальним блоком розсіюється радіатором для забезпечення належних режимів роботи 3D принтера. Об’єкт дослідження – процес теплопередачі від нагрівального блоку екструдера до елементів системи охолодження. Предмет дослідження – параметри функціонування термоелектричної системи охолодження електронних компонентів відповідно до термомеханічних навантажень. Мета роботи полягає в оптимізації параметрів 3D друку та параметрів системи охолодження екструдера 3D принтера для рівномірного розподілу теплової енергії для забезпечення належної якості отриманих деталей виготовлених за технологією FDM. Внаслідок рівномірного розподілу тепла забезпечиться рівномірність швидкості потоку пластику, а екструдер сприйматиме як механічне, так і термічне навантаження. Належне розсіювання тепла має вирішальне значення, оскільки воно безпосередньо впливає на продуктивність екструдера і таким чином, на якість отриманого продукту. Практична цінність роботи полягає в імітаційному моделюванні процесу охолодження електронних компонентів та їх оптимізації для забезпечення рівномірного розподілу тепла в екструдері для підвищення його продуктивності та якості виробленого продукту. Оскільки головка екструдера має бути компактною та стійкою до термічних навантажень, важливими параметрами 3D друку є параметри шарів, орієнтація моделі та температурний режим друку. 4 Для досягнення поставленої мети роботи передбачається проаналізувати існуючі хотенди принтерів, що працюють на основі технологій FDM-друку, стандартний екструдер (спеціальна друкуюча головка) якого складається з механічного блоку подачі розплавленої маси матеріалу і сопла зі встановленим нагрівальним блоком. Гаряча зона екструдера під час роботи може набирати надвисоких температур, а інші його відділи залишаються холодними. Проаналізувати температурні режими текучості філаменту від «холодної» до «гарячої» зон екструдера, дослідити інструменти симуляції теплових процесів CFD та змоделювати роботу системи охолодження та оптимізувати її конструкцію для підвищення продуктивність екструдера і якості виробленого продукту. В першому розділі здійснено аналіз технологій адитивного виробництва що передбачають пошарове вирощування деталей, а також розподіл температури в двох найважливішим областях, що впливає на теплові характеристики 3D- принтера. В другому розділі окреслено передумови симуляційного моделювання гідрогазодинамічних і теплофізичних процесів в програмному забезпеченні CFD та можливі сфери його реалізації. Проведено порівняльний аналіз інструментів для моделювання конвективних теплофізичних процесів, задавши граничні умови щодо об’ємного виділення тепла. В третьому розділі описано етапи моделювання теплофізичних процесів та побудовано модель і проаналізовано параметри системи охолодження електронних компонентів в середовищі COMSOL Multiphysics. Ключові слова: 3D модель, 3D друк, екструдер, теплообмін, охолодження, симуляційне моделювання.