在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，铺粉异常导致的沉积缺陷会严重影响成形零件的表面及内部质量，但目前缺乏针对性的在线监测与诊断方案。采用光电探测器和高速相机在线监测成形过程中的光强和熔池面积信号，探究不同粉末厚度条件下熔池尺度光信号的变化规律，实现对零件质量的初步诊断。研究结果表明，粉末厚度的异常增加会导致零件熔化状态出现波动，并最终导致严重的球化。表面粗糙度从正常打印状态的5 μm显著增加至100 μm以上，同时在零件内部形成了未熔合孔隙缺陷。阐述了粉末厚度对沉积缺陷的影响机制，深入分析了光强与熔池面积的特征及其相互关系，提出了一种基于阈值百分比诊断沉积缺陷的信号监测方法。

在激光粉末床熔融（LPBF）成形过程中，存在由热应力引起的翘曲变形，严重影响零件精度与性能。为了探究熔池辐射光信号与LPBF工艺中的翘曲变形过程的关联关系，为基于熔池辐射光采集的翘曲缺陷监测提供支持，设置了一组实验，成形了翘曲与非翘曲试样，基于统计学方法分析了翘曲与未翘曲试样成形过程中熔池辐射光信号的特性。结果表明，未翘曲变形试样的光强分布较为均匀，无明显梯度，而翘曲变形试样在翘曲区域出现了明显的光强下降。对于翘曲变形的试样，在悬垂层变形尚未发生时，区域光强均值存在较大极差。翘曲试样与未翘曲试样的光强值层间演化趋势不同。随着成形层数的增加，悬垂结构对光强信号的影响逐渐减小，第5层后光强趋于稳定。

熔融生长的Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷具有优异的高温性能。采用激光粉末床熔融（LPBF）直接制备Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷，研究了不同激光功率下的单道形貌特征及块体表面质量、物相组成、微观组织结构的演变规律和力学性能。结果表明，激光功率的提升将增加熔池的长度和单沉积道的宽度。Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷的表面粗糙度（R_a）和气孔率均随着激光功率的增加先降低后升高。在没有添加Y₂O₃等稳定剂的条件下，Al₂O₃-ZrO₂共晶陶瓷的物相主要包括α-Al₂O₃、m-ZrO₂和亚稳相t-ZrO₂。随着激光功率的增加，m-ZrO₂逐渐减少，这是由于LPBF的快速冷却过程抑制了马氏体相变。样件的晶粒尺寸随着激光功率的增加呈增大趋势，晶界密度减小，因此测量的显微硬度和断裂韧性呈现下降的趋势。当激光功率为60 W时，得到硬度为H_v=17.19 GPa和断裂韧性为K_IC=6.67 MPa·m^1/2的最优力学性能样品。

采用激光选区熔化成形GH3536高温合金可以实现复杂结构的高效率、高精度制造。但是，采用激光选区熔化制造GH3536高温合金零件面临成形质量影响因素多、工艺参数优化过程复杂等难题。本研究通过建立粉末尺度热流耦合模型探索了GH3536高温合金在不同激光选区熔化工艺参数下的成形特征，结合实验数据揭示了主要工艺参数对结构件成形质量的影响规律，阐明了成形过程中温度场、流场的复杂变化及其对成形缺陷的影响机制。在激光功率为190~250 W、扫描速度为0.94~1.25 m/s的典型工艺参数区间内，熔池中液态金属的最高流速可达5.45 m/s，冷却速率最大可达1.219×10⁶ K/s。若扫描间距过大，则粉末的熔化条件不足，沉积道接触位置出现部分未熔化粉末以及表面孔洞等缺陷。本研究结果为GH3536高温合金激光选区熔化过程特征的理解以及内部孔隙缺陷的控制提供了依据。

激光粉末床熔融(LPBF)技术是近年来快速发展的一种增材制造技术，高强铝合金具有低密度、高强度的特点，如何使用LPBF技术高质量地打印高强铝合金成为近年来的研究热点。本课题组创新性地将含Zr的非晶合金引入到7075高强铝合金中，探究了含Zr非晶合金对7075高强铝合金LPBF打印质量的影响。研究发现，含Zr非晶合金的添加可以有效实现晶粒细化，对于7075高强铝合金LPBF打印过程中的凝固裂纹具有明显的抑制作用。通过改变工艺参数探究了激光功率、扫描速度和扫描间距对单层单道、单层多道以及实体打印件的影响规律。通过正交试验发现致密度和显微硬度最优的工艺参数区间为激光功率300～340 W，扫描速度600～800 mm/s，扫描间距50～70 μm，并在激光能量密度为142.9 J/mm³时得到了致密度为99.4%、显微硬度为154.4 HV的块体试样。本研究对于提高高强铝合金LPBF可打印性以获得质量稳定的无缺陷打印件具有重要意义。

在激光粉末床熔融过程中，热循环和热积累导致零件产生残余应力和变形，对零件的成形精度带来极大的影响。由于计算量过大，利用热弹塑性模型难以实现尺寸较大的结构残余应力和变形的模拟。为了实现快速准确的预测，基于改进的固有应变理论，从热弹塑性模型中提取固有应变矢量并逐层施加至典型特征结构中，系统性地研究了四种扫描策略下特征结构的残余应力和变形分布。研究发现，在不同扫描策略下，薄壁结构、悬臂梁和悬垂圆孔结构表现出相同的变形趋势，即扫描方向沿短边时变形最小。其原因一为扫描方向沿短边方向时扫描矢量长度较小，二为相同应力下短边变形小于长边变形，从而产生小的残余应力及变形。对悬垂结构增加支撑有利于减小翘曲变形，提高成形质量。在悬垂圆孔结构外侧，随打印高度逐渐增大的竖直方向的拉应力是影响其变形的主要原因。所得结果可对获得低应力、高精度增材制造结构以及提高增材制造成形质量提供有效技术支撑。

基于数值仿真和实验研究了Al₂O₃陶瓷激光选区熔化(SLM)成形表面凝固组织的形成机理。结果表明:Al₂O₃陶瓷SLM成形具备发生贝纳德-马兰戈尼表面失稳的条件,随着激光能量减小,对流接近稳态;基板预热能够改变贝纳德-马兰戈尼对流状态;低激光功率、快扫描速度、低预热温度有助于形成稳态液体表面的层流流动。

在对激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样静态力学性能测试和分析的基础上，研究激光选区熔化成形Ti-6Al-4V试样在循环载荷下，表面缺陷、内部缺陷和微观组织对疲劳性能的影响。采用刚度拟合疲劳周期方法，获取试样在疲劳周期各阶段的循环周次，发现在疲劳源形核阶段试样疲劳寿命产生差异。直接成形试样的表面黏粉现象严重，在表面形成多个疲劳源，导致疲劳寿命很低。抛光处理可以降低表面粗糙度，退火处理可以改善试样微观组织结构，提升试样疲劳性能，但是表面处理后，内部缺陷暴露在表面，不同类型和不同尺寸的缺陷形核疲劳源周期差异很大，导致疲劳性能呈现较大的离散性。

针对激光选区熔化(SLM)成形过程中易发生翘曲变形的问题,建立了一种“热源-局部-结构件”三级递进模型,采用生死单元法模拟了SLM成形中层层叠加的过程,并逐层施加固有应变,得到了宏观结构件SLM成形的变形趋势预测结果。将仿真结果与实际成形件进行对比,结果表明,固有应变有限元法能够有效预测SLM成形件的变形量。