材料挤出增材制造热端聚合物流动界面力作用的CFD建模与力传感器验证

The International Journal of Advanced Manufacturing Technology · 2026-11-07 · 期刊论文

• 一句话结论：研究构建了考虑加热壁与熔融丝材间气隙界面力的VOF多相CFD模型，并用在线进给力测量系统进行验证；模型结果与5 kg量程传感器实测进给力更接近，提示界面张力效应在热端流动中不可忽略。
• 研究设计与做法：设计为计算流体动力学建模加实验验证：以体积流体（VOF）多相模型模拟热端内部聚合物流动，实验端在商用3D打印机上集成两个5 kg与20 kg量程称重传感器测进给力、1 kg传感器测挤出物质量；样本量与重复次数材料未报告。
• 主要结果：CFD结果与实验数据的对比显示，模型更贴近5 kg传感器的进给力测量值而非20 kg传感器；实验还显示低量程（5 kg）传感器在低进给速率下更精确，高量程（20 kg）更适合较高挤出力；具体误差数值与统计检验材料未报告。
• 机制或解释：作者解释：将热流体与界面张力的相互作用纳入模型，可解释热端内部流动行为，并为热端与挤出系统设计、工艺参数控制提供可操作思路。
• 局限与边界：局限包括：证据档位C；验证限于特定商用打印机与传感器配置，材料未报告所用聚合物种类范围、重复次数与不确定度分析；结论外推到其他设备与材料需谨慎；利益冲突材料未报告。
• 可否落地：可否落地：对热端设计与进给力在线监测方案有提示价值，低量程传感器用于低速率监测或可参考；但“更快更可靠打印”的工艺收益尚不足以下结论，需多材料多设备重复验证。

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Gaius Chukwuka Nzebuka, Lucky Ekene Bernard, Chukwuzubelu Okenwa Ufodike 等

本文摘自《每日前沿研究简报 · 2026-11-08》「工程与材料」。本内容仅用于研究信息整理与科普交流，不构成医疗建议。