避免翹曲、增加層粘性，通過仿真來提高FDM 3D打印質量
FDM 3D打印機是市面上最常見的入門級3D打印機，隨著適用于FDM機型的3D打印材料的不斷擴充，FDM 3D打印機所具備的經濟性優勢也越來越顯現出來。然而，如何通過FDM 3D打印機讓一個5歲的孩子都能夠一鍵打印出合格質量的產品來，這成為衡量一款設備是否能夠得到市場的快速認可的關鍵要素。這其中，仿真技術可以有效地幫助設備開發者通過優化設備的設計來獲得滿意的3D打印質量。
安世亞太展示了針對某款FDM機型的高溫倉所做仿真優化，針對此部分做優化的目的：
- 防止打印過程中引起的應力翹曲；
- 調整合適的溫度環境以增加打印層之間的粘結性，提高打印模型的性能。
主要涉及到的CFD問題如下：
- 優化出風口的形狀、尺寸大小、位置等參數；
- 優化出風口、加熱器和風機的相互擺放位置；
- 得到合適的加熱器的功率和風機風速、風量等建議；
- 得到合適的隔熱材料的厚度建議。
圖1-1 某款FMD整機圖（左）
圖 1-2 某款FMD高溫倉截面示意圖（右）
圖1-3 某款FMD內部結構1（左）
圖1-4 某款FMD內部結構2（右）
模型簡化及假設
- 腔體模型
某款FDM機型腔體主要保留尺寸較大、對流動有明顯影響的結構，如冷卻水管道、散熱片結構等，去掉倒角及螺孔。
圖2-1 整機分解圖（左）
圖2-2 整機簡化模型圖（右）
本報告中所進行的計算采用圖2-2中左側風道內部分，如下圖所示。為保證FLUENT計算的收斂性，對空調內部的計算域出口進行簡單修改。本報告中采用延長出口段的方法來調整流體域，保持出口截面積相同，垂直向外延長，把進出口適當延長，并將壓力為0 的邊界定義在較遠的位置。這樣FLUENT 的計算收斂性會更好，計算出來的結果也更貼合實際。修改后的流體域如下圖。
圖 2-3 出入口延長后的流體域
- 模型中使用的假設
對于所計算的模型進行了如下假設：
- 操作壓強為101325Pa
- 由于氣體流速較低，壓力變化不大，把氣體作為不可壓縮流體處理
- 風機外殼內部有設置有一層1mm的不銹鋼內蓋，由于尺寸與周圍差異較大，非常不利于網格劃分，將這一薄壁結構進行簡化，在進行邊界條件設置的時候設置為有0.001m厚度的不銹鋼壁面。
圖2-4 內殼薄壁結構
- 針對離心式風機進行的假設
離心式風機是根據動能轉換為勢能的原理，利用高速旋轉的葉輪將氣體加速，然后減速、改變流向，使動能轉換成勢能（壓力）。在單級離心式風機中，氣體從軸向進入葉輪，氣體流經葉輪時改變成徑向，然后進入擴壓器。在擴壓器中，氣體改變了流動方向造成減速，這種減速作用將動能轉換成壓力能。壓力增高主要發生在葉輪中，其次發生在擴壓過程。
由于給出的模型中的風機結構不是真實葉片，所以在本報告中使用速度入口邊界來模擬葉片帶來的旋轉效應。進行入口設置時，設置切向速度和軸向速度。其中軸向速度為風機額定流量與葉片所在圓周面折算結果，切向速度為半徑與額定轉速折算結果。
圖2-5 模型中的風機葉片（左）
圖2-6 真實的風機葉片（右）
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