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【技術電子報】球化缺陷 (Balling Defects) 的形成探討

Ref: "Mesoscopic simulation of heat transfer and fluid flow in laser powder bed additive manufacturing." Lee, Y. S., and W. Zhang, Proceedings of the Annual International Solid Freeform Fabrication Symposium, Austin, TX, USA. 2015.



Surface Defect




本研究以FLOW-3D 模擬，希望找出可能形成球化缺陷的原因 (包括了雷射功率、掃描速度，以及粉床上的粉末尺寸分布等相關參數)


Longitudinal section view of heat transfer and fluid flow in the molten pool.
Longitudinal section view of heat transfer and fluid flow in the molten pool.

從數值模擬的結果，可以看到表面張力將熔融金屬推到熔池的後端，形成單一的駝峰造型。隨著熔池長寬比的增加，Rayleigh Taylor不穩定性現象開始出現，並導致熔池分隔成微小的熔融金屬獨立區塊


實驗一

加工參數

Scanning speed=2.3 m/s, laser power= 200W

packing density ~ 38% and PSD+



根據數值模擬可確認下列現象

  • 雷射移動的掃描速度越快, 越可能造成球狀缺陷

  • 單位長度的輸入熱量較低, 造成較淺的熔化區域

  • 隨著掃描速度加快, 長寬比也會隨之增加



 

實驗二

加工參數

Scanning speed=2.3 m/s, laser power= 150W, packing density= 63% and PSD+

充填密度也會影響球化特徵的形成。

根據模擬比對，增加粉末的充填密度，不僅能夠減少球狀缺陷的形成，還能夠讓熔池的表面較為平滑。





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