Anisotropic Enhanced Thermal Conductivity Modeling and Thermal Analysis on Molten Pool of Stainless Steel 316L Metal Powder in Selective Laser Melting

摘要

本研究主要是以ANSYS Fluent建立三維暫態數值模型，模擬選擇性雷射熔融法以多層及多重軌跡掃描不鏽鋼316L粉末。其中為了簡化和加快建模過程，在此研究中藉由非等向增強性熱傳導方法來解決熔池內對流的問題，並透過與實驗結果的比對，發現此方法與實驗結果具有很好的一致性。研究中亦利用所建立之模型比較雷射?率及掃描速度對熔池尺寸、溫度分佈及冷卻速率之影響，並透過能量利用性及冷卻速率進行雷射參數的篩選。最後以優化後之製程參數對基板預熱、掃描間距及單雙向加工掃描方式的影響做進一步的分析。 從研究結果可以得知，非等向增強性熱傳導模型對於熔池尺寸及溫度場具有一定的影響性，隨著增強因子的增加，熔池的深度及寬度會隨之增加，而熔池的最高溫度則會降低；在多層及多軌掃描中，當雷射?率愈大、掃描速度愈慢時，可以使熔池尺寸、熔池溫度及溫度梯度增加，但會降低冷卻速率；而透過製程參數優化分析發現，雷射?率200 W、掃描速度800 mm/s具有較好的加工效率及能源利用性，且所產生的零件品質較佳；在基板預熱方面，發現基板預熱可以有效降低溫度梯度及冷卻速率；在掃描間距的探討中得到，軌跡重疊率若超過50%，會使某區域容易產生局部熱堆積問題，此現象易造成熱應力集中，對於零件製造相當不利，在軌跡重疊率為30%時其熔池具有良好的結合性；單向掃描方式能避免端點處的能量堆積。

獎項日期	2020
原文	English
監督員	Alex Chang-Da Wen (Supervisor)