采用激光粉末床熔融（LPBF）技术成功制备了TiC颗粒增强Inconel 718复合材料，并研究了TiC含量对Inconel 718复合材料成形质量、微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：与Inconel 718高温合金相比，0.5%TiC/Inconel 718和1%TiC/Inconel 718复合材料块体不同表面的粗糙度增加量均控制在5%以内，0.5%TiC/Inconel 718复合材料的内部孔隙数量增加了37.5%，1%TiC/Inconel 718复合材料的内部孔隙数量增加了7.25倍；添加TiC颗粒后，复合材料的致密度降低，1%TiC/Inconel 718复合材料的致密度由Inconel 718的99.70%降低到99.32%；Inconel 718合金及其复合材料的组织均呈外延生长特征，其中复合材料中的TiC颗粒均匀分布于Inconel 718合金基体中；随着TiC含量的增加，复合材料的显微硬度逐渐增大，1%TiC/Inconel 718复合材料的平均显微硬度从Inconel 718高温合金的273 HV逐渐增大到302 HV。与Inconel 718合金相比，1%TiC/Inconel 718复合材料的抗拉强度和屈服强度分别提高了66 MPa和45 MPa。

选区激光熔化成形过程中金属粉末的快速熔化凝固会产生较大的热梯度，温度的动态变化对不同粉末成形零件的微观组织和力学性能产生影响。基于有限元分析软件，采用移动高斯热源（Gauss）加载对选区激光熔化成形过程进行三维瞬态温度场模拟，研究Hastelloy X和Ti6Al4V合金的不同属性与温度变化及凝固冷却规律。同时基于选区激光熔化工艺制备Hastelloy X和Ti6Al4V合金试样，对其微观组织和力学性能进行表征。结果表明：Hastelloy X和Ti6Al4V合金瞬态峰值温度分别达到2 777.37 ℃、3 340.88 ℃，平均冷却速率分别为3.93×106 K/s、5.11×106 K/s。在微观状态下，Hastelloy X合金晶粒呈现羽毛状层叠交叉排列，而Ti6Al4V合金内部分布着针状马氏体α′相交错形成网篮组织。相比Hastelloy X合金抗拉强度和屈服强度的728.08 MPa、338.91 MPa，在更高冷速下产生“细晶强化”作用的Ti6Al4V合金的抗拉强度和屈服强度达到了1 134.05 MPa、1 055.83 MPa，远高于Hastelloy X合金，但其伸长率却低于Hastelloy X合金，总体呈现高强度、低塑性的特点。

激光选区熔化(SLM)作为一种直接制造金属构件的增材制造技术,可实现复杂结构件的高精度制造。介绍了SLM技术的发展现状及原理,从材料体系、成形工艺、显微组织及力学性能方面论述了国内外钛及钛合金SLM技术的研究及应用现状,总结了SLM技术加工钛及钛合金过程中存在的问题,及对其未来的发展趋势进行了展望。

激光金属沉积(LMD)传统上多采用固定的工艺参数进行扫描堆积成形, 每层的实际堆积高度一般是固定且不可控的。为提高成形稳定性和成形件的精度, 补偿堆高误差, 开发了一种可实时变化工艺参数的堆高闭环控制系统。通过反馈实际堆高与设定期望层高之间的误差, 控制实际堆高达到设定值。设计P和PI两种控制器, 分别以扫描速度和激光功率作为输入参量来控制实际堆高。结果表明, 变扫描速度控制优于变激光功率控制, 实际层高的最佳稳态波动范围可达±0.015 mm; PI控制器可使总堆高达到期望值; 当送粉速率发生突变时, P控制系统具有良好的鲁棒性; P控制器的阶跃响应曲线与成形件剖面纹理显示的堆高变化一致。该系统为堆高的可控和堆高误差补偿提供了新方法。

基于激光光内同轴送粉技术和6轴机器人技术，采用熔覆头空间变姿态的成形方法，通过沿着生长的切线方向连续变角度送粉堆积的方法成形了悬垂薄壁件。建立了倾斜基面熔池受力与位移模型，并通过优化工艺参数抑制熔池的位移和流淌。实验结果表明，倾斜角可从0°逐渐变化至81°，实现了大倾角悬垂结构的无支撑成形。成形件表面平整光滑，完全消除了“台阶效应”，表面粗糙度Ra=6.3 μm。截面纹理图显示各熔层沿中轴线对称，无明显朝重力方向的偏移。成形件在不同倾角位置的显微组织无明显区别，皆达到晶粒细小，组织致密均匀。

为了消除激光金属直接成形DZ125L高温合金薄壁件中的裂纹，研究了激光扫描方式对薄壁件(单道多层)熔覆层应力分布和开裂的影响。对比了两种扫描方式(单向扫描和往复扫描)对薄壁件的应力分布和开裂的影响。模拟和实验结果表明，单向扫描方式下薄壁件的应力分布不均匀，引起薄壁件的两端出现严重的翘曲且中间部分出现裂纹；往复扫描方式下薄壁件的应力分布相当均匀，没有出现翘曲和裂纹，熔覆层表面比较平整。

在综合分析了多种线性及非线性畸变后,建立了三次多项式图像系统畸变模型.采用基于控制点偏差目标函数最小优化法进行畸变模型的求解,并通过计算自标定偏差均方差与互标定偏差均方差对标定结果进行了评定.结果表明,模型求解误差为0.22 μm,通过校正标记图像几何畸变引入的定位误差由2.5 μm降低到0.25 μm,可实现压印对正系统中标记图像几何畸变的校正,实现精确定位.

压印光刻中套刻需要粗、精两级对正．实验采用一对斜纹结构光栅作为对正标记．利用物镜组观察光栅标记图像的边界特征进行粗对正，其准确度在精对正信号的捕捉范围内；利用光电接收器件阵列组合接收光栅莫尔信号，在莫尔信号的线区进行精对正．由于线性区的斜率大，精对正过程中得到相应x，y方向的对正误差信号灵敏度高，利用高灵敏度对正误差信号作为控制系统的驱动信号，对承片台进行驱动定位，实现精对正．最终使X，Y方向上的重复对正准确度分别达到了±21 nm(±3σ)和±24 nm(±3σ)．

针对在未做隔离保护处理的环境中，基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差，不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求．采用Edlen公式的分析及计算，不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响，而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果．通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器，能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差．最终，测量漂移误差在10 min内由13 nm降低到5 nm以内，满足压印光刻在100 mm行程中达到20 nm定位准确度要求．

对立体成型技术中广泛使用的振镜扫描系统进行了理论分析，指出了振镜的二维扫描偏转角和平面坐标之间存在着非线性映射关系．提出了一种实用的校正算法，该算法用理论数据与激光束在相应点的实际数据进行比对，制成校正表，按插值算法校正实际的枕形畸变及其它误差．该算法适用于使用振镜实现二维扫描的系统，能对应用这种原理工作的激光成型设备进行现场校正．