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Afin de dimensionner les moteurs et les températures de chauffage pour l'extrudeuse, et afin de mieux comprendre l'état du matériau au sein de l'extrudeuse, nous avons eu recours à des logiciels de simulations pour les écoulements fluides.
Le choix d'un logiciel de simulation
Le choix d'un logiciel de simulation
A travers nos différents enseignements à l'école des Mines de Paris, nous sommes familiers avec des logiciels de CAO et de simulations comme ABAQUS ou CATIA. Cependant, sans accès aux ordinateurs de l'école, nous nous sommes mis à la quête d'un logiciel gratuit pour les étudiants.
ANSYS Discovery Aim
Nous sommes partis sur ce logiciel permettant :
- d'importer les géométries des pièces que nous avons déjà faites.
- de faire des simulations d'écoulement et de thermiques par éléments finis.
Nos progrès
Nos progrès
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Découverte du logiciel, designs simplifiés
Découverte du logiciel, designs simplifiés
Dans un premier temps, on s'est intéressé uniquement à un écoulement dans le tube qui entoure la vis, sans prendre en compte ni la vis ni les effets thermiques. Le choix des propriétés (viscosité, capacité thermiques) du matériau à extruder est pour l'instant simplifié : les propriétés sont celles d'un polymère liquide, et sont indépendantes de la température.
ANSYS_Sans_vis_3.mp4La couleur représente la norme de la vitesse des "volumes" de fluides en mouvement représentés par les vecteurs.
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Ajout de la vis à extruder
Ajout de la vis à extruder
Ensuite, nous avons cherché à importer le modèle 3D de la vis à extruder et à l'incorporer au design. La surface de la vis est assez complexe et son intégration a posé quelques difficultés que nous avons surmontées.
Avec_vis_cutted.mp4La couleur représente la norme de la vitesse des "volumes" de fluides en mouvement représentés par les vecteurs.
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Ajout des bagues chauffantes et des propriétés thermiques
Ajout des bagues chauffantes et des propriétés thermiques
Enfin, on ajoute des propriétés thermiques. On propose des paramètres pour le polymère à différentes températures (travail de recherche bibliographique), on ajoute des bagues chauffantes à une température paramétrée (200°C sur la vidéo) et on représente le profil de température dans la vis.
Comportement thermique de l'extrusion cutted.mp4La couleur représente la température sur une coupe verticale.
Les résultats
Les résultats
Santé et sécurité
Santé et sécurité
Grace à cette simulation, on est capable de déterminer le profil de température sur la surface extérieure du tube. En dehors des bagues qui sont bien isolées, on voit que l'extrémité du tube atteint plus de 150° et on est capable de mieux positionner l'isolation thermique en fibre de verre.
Températures des bagues chauffantes
Températures des bagues chauffantes
Expérimentalement, on avait déjà observé que les températures idéales pour les bagues chauffantes étaient de l'ordre de 150°C/200°C. Grâce à cette simulation on peut déterminer la température du fil extrudé, et en ajoutant quelques éléments, on pourrait même modéliser la convection naturelle avec l'air ambiant pour le refroidissement du fil.
On avait également pris des photos avec des caméras thermiques de notre machine pour une combinaison de paramètres qui permettait une bonne extrusion. Grâce à ces photos, on peut lire la température idéale pour le mélange juste avant la buse, et ensuite on peut dimensionner le chauffage des bagues pour atteindre cette température.
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