選擇性雷射熔融法以多重軌跡掃描不鏽鋼316L金屬粉末之熔池數值分析

Translated title of the thesis: Numerical Analysis on Molten Pool of Stainless Steel 316L Metal Powder by Multi-track Scanning in Selective Laser Melting
  • 蔣 守皓

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

本文主要利用ANSYS Fluent建立三維暫態數值模型,模擬選擇性雷射熔融法(Selective Laser Melting SLM)以多重軌跡掃描(Multi-track)不鏽鋼316L粉末,考慮馬蘭戈尼效應,比較不同雷射?率、掃描速率下對粉末溫度及熔池尺寸之影響,並根據能量利用性與製程時間定義熔融效益參數進行雷射參數篩選,以探討改變掃描間距及掃描方式的影響,最後再針對基板與粉末預熱對溫度梯度、冷卻速率作進一步的分析。根據模擬結果顯示,當掃描速率640mm/s下,馬蘭戈尼效應對粉末溫度的影響會隨著雷射?率的增加而明顯變大。而固定雷射?率150W時掃描速率愈小,馬蘭戈尼效應對熔池影響會愈劇烈,造成熔池發展較為深、窄,故SLM使用此參數時應不可忽略此效應的影響。而透過參數篩選雷射?率200W,掃描速率800mm/s為粉末熔融效益最佳的參數,由此探討不同掃描間距發現,軌跡重疊率超過50%時,會使雷射作用區域的溫度梯度過大,而易造成熱應力集中,對於零件製造相當不利,相較下軌跡重疊率30%時溫度梯度較低,其熔池也具有良好的結合性。基板預熱能有利於降低溫度梯度及冷卻速率,其降低幅度會隨著預熱溫度的增加而變大,但為了避免材料過度蒸發,故此預熱溫度控制為700K內較佳。而粉末預熱由於雷射加工時粉末原先預熱的熱量已被大量散失,故造成其對溫度梯度、冷卻速率以及熔池尺寸皆無明顯改變,也無法有效改善零件品質。
Date of Award2018 Aug 29
Original languageChinese
SupervisorAlex Chang-Da Wen (Supervisor)

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