为了获得成分及性能连续变化的梯度涂层，采用2.5 kW半导体激光器和四路联动送粉系统，利用旁轴送粉方式，通过成形过程中实时改变Ni25/Ni60双组分自熔合金粉末及AlSi12/Fe62双金属自熔合金粉末的组分配比，在45#钢棒状基体上分别制备了宽度为9 mm的粉末组分连续变化的螺旋状梯度涂层。对涂层试样进行能量色散谱(EDS)、显微组织及显微硬度测试。结果表明，沿涂层制备方向，Ni25/Ni60梯度涂层中Cr元素含量和显微硬度连续降低；AlSi12/Fe62梯度涂层中Fe、Cr和Al等元素含量分别沿制备方向连续变化；两种涂层各自的显微组织呈明显变化。

定向凝固组织由于显著减少了垂直于应力轴的横向晶界, 使合金具有优异的高温蠕变及持久性能, 因而在航空发动机涡轮叶片的制造中使用越来越广泛。采用激光金属外延成形(E-LMF)方法, 进行了工艺参数对Rene80镍基高温合金定向凝固组织影响的研究。研究内容包括工艺参数对成形件定向凝固组织类型、枝晶间距和转向枝晶区高度的影响规律以及基材晶体取向对定向凝固枝晶形貌的影响。结果表明, 枝晶一次间距随激光功率的增加而增大, 随扫描速度的增加而减小; 转向枝晶区高度随激光功率的提高而增大, 随扫描速度的提高而减小; 只有基材晶体取向与择优取向相近或一致才能得到外延定向连续生长的凝固组织。

以现代激光工业制造为应用背景，探讨激光光束光斑质量诊断技术的发展。从光束束宽的定义出发，对比了两种束宽定义方法的不同，阐述了光束质量诊断与光束束宽定义之间的关系。依据国家和国际标准，研究了光束束宽、束散角测量和计算方法的发展，以基于空心探针原理的光束光斑质量诊断技术及设备为重点研究内容，介绍了基于实测目的的测量方法。分析结果表明，以包含功率（或能量）占总功率百分比定义的束宽为基础，基于空心探针原理的激光光束光斑质量诊断技术结合双曲线拟合方法计算，能够更好地反映激光束的传输和聚焦性能，诠释激光制造系统的制造能力。

介绍了快速原型制造技术的发展状况以及目前世界上激光直接制造金属零件的两种主要方法,并指出了激光直接制造金属零件的最新进展以及未来发展趋势。

利用激光熔覆技术制造高速线材轧辊为应用前提。轧钢领域的众多生产线各有不同,同一生产线上的不同位置的轧辊也具有不同形状,这种不同轧辊的熔覆基材就有着不同的加工情况,探索一种普适性的加工机理是必要的,这就要求不仅仅从理论上对熔覆过程进行分析,还要寻求一种测试、跟踪手段以适合于分析、监控加工过程的情况。对激光熔覆成形过程进行了理论分析,探求了熔覆过程中熔池的测试和跟踪方法,来跟踪、监测激光熔覆的成形过程。利用高速摄影仪对CO2激光熔覆成形过程中温度场进行研究,运用Matlab软件对高速摄影获得的图片进行灰度处理,研究了熔覆过程中熔池的温度分布情况,获得了可信的熔池温度梯度分布图。

高功率半导体激光器(HPDL)是新型先进装备,且体积小、电光转换效率高,在材料制备和加工方面具有良好的发展前景。使用3 kW高功率半导体激光设备,采用同步送粉的方式,在304不锈钢基体上制备絮状WC-Ni基超硬复合材料,获得了与基体冶金结合且无气孔和裂纹等缺陷的熔覆层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对激光熔覆层进行组织、成分及物相表征。研究结果表明,采用半导体激光进行熔覆可获得WC较高质量分数(60%)且稀释率很低的WC-Ni超硬复合材料。激光熔覆WC-Ni基超硬复合材料的组织主要是γ-Ni,WC,W2C,Ni3B,CrB2等物相组成。激光熔覆层的硬度不均匀,其平均值为HV 1100,远高于基体硬度HV 350,过渡区处硬度呈很窄的梯度分布。

激光平面切割所面对的原始对象是众多无序的曲线段, 而加工轨迹间的定位以及切割过程本身却是一个有序的连续加工过程。如何将无序的曲线段转换成有序的并且符合激光切割工艺要求的加工轨迹, 如何将杂散的轨迹规划成高效的切割路径从而最终生成数控(NC)加工代码, 这些都是实现激光平面切割自动编程的关键。根据激光平面切割轨迹和加工工艺的特点, 对实现自动编程所必须解决的若干关键技术进行了深入分析, 对每一个关键步骤均给出了解决方案和思路, 最终实现了经“轨迹的自动提取”、“轨迹间关系的自动判别”、“开光点的自动创建”、“最短切割路径的自动规划”等关键步骤由无序的曲线段自动生成数控程序的过程。

大功率量子阱半导体激光器输出为线偏振光，而格兰-泰勒棱镜具有双折射性质，能将两种偏振方向相互垂直的光区分开。如果将格兰-泰勒棱镜反方向使用，则能将两个偏振方向的光耦合输出。使用两个中心波长808 nm，输出功率600 W的半导体激光堆栈，一个堆栈的输出光经过1/2波片后偏振方向旋转90°，另一个堆栈偏振方向保持不变，经过格兰-泰勒棱镜做偏振耦合后合成一束。分别经过快慢轴准直、聚焦和慢轴消球差后输出，其中聚焦镜f=100 mm。在工作电流130 A时，电光转换效率约为43%。使用UFF100激光光束质量诊断仪测量，焦斑呈矩形分布，焦斑面积为0.547 mm×5.0 mm，快轴光参积Kf=26.1 mm·mrad，最大输出功率1 kW，激光器系统工作稳定。