【技術電子報】雷射粉床製程中，由匙孔(Keyhole)造成的空孔缺陷研究

Mohamad Bayat, et al. Keyhole-induced porosities in Laser-based Powder Bed Fusion (L-PBF) of Ti6Al4V: High-fidelity modelling and experimental validation. (2019) https://doi.org/10.1016/j.addma.2019.100835

在本研究中，在一個10.4X10.4X4.5大小的粉床上製作多道直線雷射加工實驗，每道加工寬度為8mm，共加工六道。希望透過本研究了解 Keyhole 形成的方式。

Keyhole的形成

• 最初的加熱區域先形成一較淺的熔池

• 回壓壓力造成融熔金屬向下運動

• 向下的金屬流體運動以及熱點造成Keyhole，並且讓 Keyhole 的尺寸逐漸增加

• 熱量往熔池後端移動，造成匙孔邊緣的溫度繼續上升，形成更大的回壓壓力

Keyhole 造成金屬內部空孔形成

• Keyhole底部的回壓壓力持續增加，造成熔池上緣區域的表面張力隨之增加

• 局部冷卻的金屬開始閉合，在內部形成不規則的空孔

• 向下的流體流動將這些空孔往熔池後端推動

• 空孔隨即被困在凝固的金屬熔湯內

以 FLOW-3D AM模組進行模擬，並且以實驗進行比對

模型驗證

以170W的雷射加工實驗進行數值與實驗比對，上圖為加工深度VS 空孔直徑圖，黑色矩形為實驗數據，紅色圓圈為數值模擬結果，兩者比對趨勢一致。

比對孔隙尺寸及深度位置，數值模擬與實驗結果相當接近。