Thermal modelling for large format extrusion additive manufacturing

Additive manufacturing is known as an emerging technology due to its versatility and speed in the most diverse applications. Indeed, in recent years, the large scale additive manufacturing of polymers has been developed. In this work, the process has been analysed from the point of view of the most relevant parameters, such as the geometric stability and the mechanical resistance of the printed component. The latter depends on the adhesion temperature, which must be monitored and kept constant during the layers deposition. For this reason, thermal models have been developed to simulate the extrudate cooling. Different methods are implemented for the solution of the partial differential heat transfer equations: the finite volume discretization and the finite element approach. The cooling curves are compared with experimental data obtained in Breton's Genesis E3. A further analysed method consists in the non-linear interpolation of the experimental cooling curves. From the results found, it is clear that the most convenient printing strategy consists of maintaining a constant time interval in the deposition of the various layers.

La stampa additiva è conosciuta come una tecnologia emergente per la sua versatilità e velocità nelle più disparate applicazioni. Negli ultimi anni infatti, è stata sviluppata la manifattura additiva di polimeri su larga scala. In questo lavoro è stato analizzato il processo dal punto di vista dei parametri più rilevanti, quali la stabilità geometrica e la resistenza meccanica del componente stampato. Quest’ultimo dipende dalla temperatura di adesione che deve essere monitorata e tenuta costante durante la deposizione dei layers. Per questo motivo sono stati sviluppati modelli termici in cui viene simulato il raffreddamento dell’estruso. Sono implementati diversi metodi per la soluzione delle equazioni differenziali di scambio termico: la discretizzazione a volumi finiti e l’approcio a elementi finiti. Le curve di raffreddamento sono state confrontate con dati sperimentali ottenuti nella Genesi E3 di Breton. Un’ulteriore metodo deriva dall’interpolazione non lineare delle curve di raffreddamento sperimentali. Dai risultati trovati si evince che la strategia di stampa più conveniente consiste nel mantenere un intervallo di tempo costante nella deposizione dei vari layer.