雷射積層熔融製程之表面形貌與熔池行為數值模擬和實驗驗證

Abstract

本研究主要藉由數值模擬的方式探討選擇性雷射熔融製程(Selective Laser Melting，SLM)中熔池行為對表面形貌的影響。為了實現並計算金屬粉末受雷射加熱後的物理現象，該模型必須考慮三維空間下的亂序粉床排列、雷射加熱、熱傳模型、材料相變化和流體流動等。其中，在表面形貌的計算是採用流體體積法(Volume of Fluid，VOF)作為自由液面的處理方式。所有的數學方程式皆是利用商用數值模擬軟體FLOW-3D進行差分化計算得到。 在製程參數探討的部分，模擬結果顯示當增加掃描速度時，表面形貌會隨之變平坦，但當掃描速度超過1150 mm/s時，表面又再次轉為粗糙。而當雷射?率提高時，表面形貌則是逐漸變粗糙，其原因可以從熔池體積和熔池壽命兩者與表面形貌的關係說明。因此，透過參數實驗發現在低熔池體積和適當的熔池壽命下，便可以獲得良好的SLM表面品質。 另外，本研究也透過一組對照模型說明在SLM模擬中考慮keyhole現象和亂序粉床的重要性，亦可從模擬結果得知當發生鑰孔(keyhole)熱傳時，熔池凝固過程因為馬蘭哥尼效應(Marangoni Effect)造成的的表面形貌變化。以上的模擬結果都有相對應的實驗驗證，也都得到很好的相似性。因此，該數值模型也能被用來作為一個SLM表面形貌預測及製程參數優化模型。

Date of Award	2018 Apr 3
Original language	Chinese
Supervisor	Wang-Long Li (Supervisor)