電子束熔融技術是金屬積層製造成型技術的一種，而會影響成型精密度的原因多與溫度有所關聯，因此使用相變化熱傳問題作為金屬積層製造過程的研究背景。本研究中使用鈦金屬作為研究材料，利用Fortran自行撰寫的三維有限元素法程式進行分析電子束熔融金屬積層製造過程中的相變化熱傳問題，並利用等效比熱法處理潛熱效應。本研究會分為三個階段，於第一階段中會從一維熱傳問題著手，探討史蒂芬問題、紐曼問題及定溫/熱對流兩種邊界條件，確認程式模擬的準確性，第二階段則將簡化後的三維模擬與二維模擬進行固定熱源、移動熱源兩種邊界條件進行近一步的驗證與比較分析，可得知結果十分相近，第三階段則套用積層製造過程的實際情形，對三維模型進行熱源掃描、鋪粉冷卻並進行多次的疊層模擬，最後再與套裝軟體COMSOL進行結果的比對。由研究結果可以發現，潛熱效應的存在對於溫度有顯著的影響，因此分析過程中不可忽略潛熱效應。三維疊層模擬時沿用與二維疊層模擬相同的熱源420W發現其溫度不足以使熔化深度超過鋪粉厚度，其所得到的結果僅為鬆散的片狀結構，而造成三維模擬溫度會較二維模擬來得低是因為三維多了一個維度的熱傳導效應，使得溫度傳導更為快速，之後將熱源修訂為550W才可使得層與層順利熔接成型，並發現三維模擬不僅要確認電子束的功率是否能使得熔化深度達到鋪粉厚度，也要確認熔池範圍有沒有涵蓋鋪粉厚度內在各個軸向的材料，避免層與層之間有部分熔接但同時也存在鬆散結構，而最後與COMSOL的結果比較，在多次熱源掃描階段其誤差皆小於5%，而在鋪粉冷卻階段其誤差皆小於1%，可以確定程式模擬得出的數值解相當準確。
關鍵詞：電子束熔融、積層製造、相變化、有限元素法、潛熱
