Inconel 718高温合金被广泛用于制造航天发动机等的热端零部件，提高其疲劳性能对于零部件的长期稳定服役意义重大。研究了不同热处理制度对激光选区熔化成形Inconel 718合金微观组织、相分布及疲劳性能的影响。采用电镜和电子背散射衍射仪分析了热处理试样的断口形貌、断口纵剖面应力分布及微观特征，详细阐述了热处理合金的低周疲劳断裂机理。结果表明：相较于成形态，热处理合金内部析出了δ相和γ″、γ′强化相，内部应力得以释放，疲劳性能显著提升。经过均匀化+固溶+双时效热处理后，Inconel 718合金的疲劳循环周次能够达到31990次。基于Orowan强化机制，晶粒内弥散分布的γ″、γ′强化相以及晶界上析出的δ相会阻碍位错滑移，从而延缓基体中微裂纹的扩展，增加疲劳过程中的循环周次。本次试验采用的热处理制度为激光选区熔化成形Inconel 718零部件提供了参考。

人体骨骼为层级结构，由密度、强度较高的密质骨和密度较低、内含血管的松质骨组成。因此，人体植入物的结构和力学性能要与人体骨骼特征相匹配。基于人体自然骨的受力情况，采用激光粉末床熔融（LPBF）技术成形了由拓扑优化方法设计的钛合金多孔结构，然后通过压缩实验和数值模拟的方法对多孔结构的力学性能和变形失效模式进行了分析，发现数值模拟与实验结果具有较高的一致性。最后，通过与人体自然骨的力学性能对比，并结合多孔结构的失效模式获得了可适用于人体植入物的多孔材料。

Ti-6Al-4V合金具有强度高、抗蚀性优异、生物相容性好等优点, 常用于制造医用多孔的植入体材料, 但对多孔材料结构的成型工艺有一定的约束。基于选区激光熔化成型技术(Selective Laser Melting, SLM), 结合自行设计的拓扑优化多孔网格结构, 按照拓扑优化的结果重新建模成单元结构, 进行了3组特殊结构(螺旋结构、拱形桥结构、薄壁件与小孔)的制造实验, 并且分析对比了热处理前后SLM制造的Ti-6Al-4V合金的显微组织和拉伸性能。研究结果表明, SLM成型的三种螺旋结构中, 除30°螺旋结构以外, 其他两种都能够完整成形, 满足拓扑单元结构成形角度(≥45°)的制造, 30°螺旋结构通过在迎向刮刀锐角面下加少量支撑也能成形; 拱形桥实验中, 能够完整成型不发生塌陷的最大拱桥尺寸为φ=8 mm, 推导出最大的可悬垂长度为0.70 mm, 满足拓扑单元结构最大拱桥尺寸(8 mm)要求; 壁厚为0.10 mm的薄壁结构由于激光光斑尺寸的约束, 成形尺寸增大了0.05 mm, 可能会造成1 mm边长尺寸成单元拓扑结构孔隙率的减小; 小孔实验成形最小孔径为0.10 mm, 满足多孔拓扑优化结构最小孔制作要求; SLM制造直接态和热处理态Ti-6Al-4V合金试样基本的力学性能均能达到ISO制定力学性能标准, 且超过铸造态的水平, 但延展性能仍不及锻件。热处理态比直接态的延展性好, 直接态组织为针状的α′相马氏体组织; 当热处理温度达到750 ℃时, α′相会开始发生扩散分解, 从而在相界面析出白色的β相小颗粒。

一个包含了固体传热和层流的选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)三维有限元模型被用来模拟选区激光熔化加工单层多道Inconel 718合金粉末的过程, 来预测加工过程中激光束的搭接率对成型质量的影响。为了提高模拟结果的准确性, 模型中考虑了激光在粉床中的穿透作用、粉床与实体热导率的明显差异、固液相变过程以及由于熔池表面存在温度梯度而引起的Marangoni对流。对Marangoni对流对熔池形貌的影响以及激光束搭接率对成型质量的影响进行了分析和讨论。结果显示, 加工过程中熔池内的熔融金属的对流为外向对流, 对流的存在使得熔池的深度减小、宽度增加。当激光束的搭接率为30%时, 工件内气孔较少, 加工质量较好。模拟结果与实验结果相对照, 吻合程度较好。

针对原curamik微通道热沉因进水通道流量不均而导致散热不均匀的现象，基于FLUENT软件对其进行数值模拟。从内部结构及热沉材料方面提出优化方案，并进一步获得在热沉高度和进出口宽度为固定值的条件下，微通道宽度、间距及通道脊长度3个因素分别对芯片表面温升和压降的影响规律。根据优化的参数，通过选区激光熔化技术制备获得纯镍微通道热沉并进行芯片封装测试。结果显示，微通道热沉散热均匀，热阻为0.39 K/W，压降为140 kPa，能够满足输出功率为80 W的半导体激光器单巴条芯片的散热要求。

采用三维瞬态模型模拟了同轴激光直接金属沉积过程中激光束在基材附近穿过汇聚的钛金属粉末云时的衰减。采用射线追踪方法，计算了激光束受粉末影响部分被吸收、部分被散射后在各个方向的光强分布。考虑了激光波长和粒子数对激光衰减过程的影响。结果表明，具有均匀空间分布的0.01 g/mL钛粉末云对激光的吸收率为5.47%，激光束穿过粉末云时的衰减几乎不受波长影响，但随粒子数的增加而增强。数值模拟解与实验测得的1.06 μm处的粒子悬浮液透射率曲线相吻合。

采用三维瞬态模型模拟了同轴送粉激光金属熔覆成形(LMD)技术制作直壁墙过程中温度场的演化，被加工的材料为定向凝固镍基高温合金Rene80。首先模拟了粉末在下落过程中与激光的相互作用，并分析了其对熔池温度场可能造成的影响，其次模拟了直壁墙成形过程中温度场的演化。模拟过程考虑了固液相变和液体流动对熔池温度场变化的影响，模拟过程所用的工艺参数为制作直壁墙实验中获得的最优参数。通过模拟获得的熔池温度场演化过程再现了成形过程中熔池形貌的变化及成形过程的不稳定性，模拟计算的温度场变化规律与实验测得结果相符。

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。

采用板条CO2激光器对铝钢异种金属搭接接头进行激光填丝焊接试验研究。分析了不同热输入量对焊缝成形质量的影响以及不同热输入量对焊缝显微组织、焊缝物相及力学性能的影响。实验结果表明，与低能量密度参数下的焊接接头相比高能量密度参数下的焊缝内部组织将不再均匀，而是出现了条状或块状金属间化合物FeAl，铝铁界面产生的金属间化合物厚度增加，钢板熔化区主要物相也由低能量密度时的FeAl和Al与α-Fe形成的固溶体转变为Fe3Al和Al与α-Fe形成的固溶体，从而降低了焊缝的力学性能。拉剪结果显示，高能量密度焊接参数下的焊缝抗拉（剪）强度仅为低能量密度下的72.9%。

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。