Dr. Huan-Chang (Ivor) Tseng, responsabile del programma di ricerca e sviluppo presso CoreTech System (Moldex3D)
I compositi termoplastici rinforzati con fibre (FRT) sono stati sono indirizzati e resi disponibili per ridurre il peso del veicolo e migliorare l'efficienza del carburante nell'industria automobilistica e aerospaziale.
Possono essere utilizzati con metodi rapidi e altamente automatizzati come lo stampaggio a compressione e lo stampaggio a iniezione.
Le fibre e la resina vengono trasportate, iniettate o compresse, nella cavità dello stampo.
I flussi anisotropi del materiale fuso, rinforzato con fibre, dipendono in modo significativo dagli stati di orientamento delle fibre.
Nei test, per i materiali termoplastici stampati a compressione (GMT), è importante che il flusso anisotropico indotto dall'orientamento della fibra si trovi in un disco circolare compresso e deformato in una forma ellittica (Fig. 1) [1].
Tipicamente, la parte anteriore fusa stampata a iniezione di una resina ordinata è liscia e la forma continua viene mantenuta nella propagazione della superficie libera (Fig. 2) [2].
Sono noti alcuni modelli di riempimento peculiari e irregolari per fusioni rinforzate con fibre corte / lunghe ad alte concentrazioni di fibre (40 -50%): la superficie libera avanza più velocemente lungo i fianchi della cavità.
Fig. 1 Un disco circolare viene schiacciato e deformato lungo la direzione 1-assiale in una forma ellittica per la carica unidirezionale 1-assiale [1].
Fig. 2 Schema del comportamento di riempimento dello stampo
per la resina (A) ordinata; (B) FRT [2].
Nella cooperazione di ricerca Purdue-Moldex3D, la viscosità isotropica (IISO) sviluppata dal Dr. Favaloro e dal Prof. Pipes (Composites Manufacturing and Simulation Center, Purdue University negli Stati Uniti) è stata implementata nel software di simulazione Moldex3D.
È importante convalidare una simulazione del flusso anisotropico per lo stampaggio a iniezione e lo stampaggio a compressione in Moldex3D.
Più recentemente, è significativo che i dettagli del modello IISO siano stati divulgati nei brevetti statunitensi [3, 4] e pubblicati su riviste scientifiche [5, 6].
Nella simulazione di Moldex3D, il sistema di stampaggio a compressione in cui la distribuzione dell'orientamento iniziale della carica è l'asse X unidirezionale (Fig. 3).
Il materiale di interesse era il polipropilene fuso (200 ° C) riempito con fibre di vetro lunghe al 25% in volume (rapporto d'aspetto, L / D = 360).
Il fronte di fusione finale è un'ellisse evidente dalla carica del cerchio originale (Fig. 4).
Inoltre, la parte frontale simulata in fusione presenta principalmente una superficie libera che avanza più velocemente lungo le pareti laterali nelle simulazioni di stampaggio a iniezione per la fibra di vetro corta al 50% in peso (rapporto di aspetto, L / D = 20) rinforzata in poliammide66 (Fig. 5).
Fig. 3 La simulazione dello stampaggio a compressione Moldex3D.
Fig. 4 Il fronte di fusione finale per la carica unidirezionale assiale X [5].
Fig. 5 Il fronte di fusione simulato del flusso anisotropico
nello stampaggio ad iniezione [6].
Finora, simulare un tale flusso anisotropico indotto dall'orientamento della fibra stata ancora una sfida per il software CFD all'avanguardia. Pertanto, la capacità (..di simulazine..) della viscosità IISO è fondamentale per dominare il flusso anisotropico.
Nell'attuale versione Moldex3D 2020, la nuova funzione di accoppiamento in fibra sarà ampiamente disponibile nelle simulazioni per le industrie dei processi di stampaggio a iniezione e compressione dei compositi in fibra.