Extrudering är en process som ofta används inom polymerbearbetningsindustrin. Det handlar om att trycka material genom en form med en specifik tvärsnittsform, vilket resulterar i produkter som profiler, tunna ark, filmer och rör. Formen på slutprodukten (det så kallade extrudatet) är dock starkt påverkad av ett fenomen som kallas svällning. Ph.D. kandidat Michelle Spanjaards har utvecklat en numerisk modell som minskar detta problem. Hon försvarar sin avhandling vid institutionen för maskinteknik fredagen den 21 januari.

Precision är extremt viktigt för extrudat, för att se till att de har exakt önskade dimensioner. Extrudat tenderar dock att expandera när vätskan lämnar formen, på grund av inre spänningar i materialet, vilket leder till suboptimala produkter.

Vanligtvis löses detta problem med hjälp av ett experimentellt försök och misstag, en process som är ohållbar eftersom den producerar onödigt materialavfall. Det är också tidskrävande och därmed ineffektivt och kostsamt.

Förutsäga rätt form

För att möta denna utmaning har Michelle Spanjaards på forskargruppen Polymer Technology utvecklat en numerisk modell som kan förutsäga formen på extrudatet, och optimera formen på formen för att få ett extrudat med önskade dimensioner. I synnerhet utvecklade hon en transient 3D Finite Element-modell för viskoelastiska vätskor som kommer från komplext formade formar.

Hon kombinerade denna metod med ett aktivt kontrollschema i realtid för att numeriskt lösa det omvända problemet med tredimensionell formkonstruktion för extrudatsvällning. En återkopplingsförbindelse upprättas mellan finita elementmetoden och kontrollschemat.

Resultaten visar att detta är ett lovande tillvägagångssätt för att designa formar för viskoelastiska extruderingsflöden. När du väl har en stabil styrenhet optimerar den för önskad extrudatform oberoende av vilken önskad form du väljer.