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Optimal shape design of printing nozzles for extrusion-based additive manufacturing

Título
Optimal shape design of printing nozzles for extrusion-based additive manufacturing
Tipo
Artigo em Revista Científica Internacional
Ano
2024
Autores
Schuller, T
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Jalaal, M
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Fanzio, P
(Autor)
Outra
A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. A pessoa não pertence à instituição. Sem AUTHENTICUS Sem ORCID
Revista
A Revista está pendente de validação pelos Serviços Administrativos.
Vol. 84
ISSN: 2214-8604
Indexação
Publicação em ISI Web of Knowledge ISI Web of Knowledge - 0 Citações
Publicação em Scopus Scopus - 0 Citações
Outras Informações
ID Authenticus: P-010-AWK
Abstract (EN): The optimal design seeks the best possible solution(s) for a mechanical structure, device, or system, satisfying a series of requirements and leading to the best performance. In this work, optimized nozzle shapes have been designed for a wide range of polymer melts to be used in extrusion-based additive manufacturing, which aims to minimize pressure drop and allow greater flow control at large extrusion velocities. This is achieved with a twofold approach, combining a global optimization algorithm with computational fluid dynamics for optimizing a contraction geometry for viscoelastic fluids and validating these geometries experimentally. In the optimization process, variable coordinates for the nozzle's contraction section are defined, the objective function is selected, and the optimization algorithm is guided within manufacturing constraints. Comparisons of flow-type and streamline plots reveal that the nozzle shape significantly influences flow patterns. Depending on the rheological properties, the optimized solution either promotes shear or extensional flow, enhancing the material flow rate. Finally, experimental validation of the nozzle performance assessed the actual printing flow, the extrusion force and the overall print control. It is shown that optimizing the nozzle can significantly reduce backflow-related pressure drop, positively impacting total pressure drop (up to 41 %) and reducing backflow effects. This work has real-world implications for the additive manufacturing industry, offering opportunities for increased printing speeds, enhanced productivity.
Idioma: Inglês
Tipo (Avaliação Docente): Científica
Nº de páginas: 18
Documentos
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