为了探索在非水平基面上激光增材制造薄壁件的成形规律，拓展激光增材修复技术的广泛应用。基于激光内送粉技术，分别在0°~150°的倾斜基板上进行薄壁件的成形试验，研究了不同倾斜角度下薄壁墙的成形规律，并分析了非水平基面下熔池的受力规律。试验结果表明：随基板倾斜角度的增大，薄壁墙的总体宽度及高度增大，熔池长度变短；随着基板倾斜角度的增大，成形件尾部塌陷越来越严重，在基板角度150°时，产生最大角度为21°的斜坡。该研究结果可以为非水平基面上激光增材制造及修复提供参考价值。

为了获得一种匹配3 kW宽带矩形激光器的同轴送粉喷嘴，采用了Fluent软件的离散相模型，对同轴送粉喷嘴粉末通道结构参数开展了四因素四水平的正交仿真试验，研究了结构参数对粉末汇聚浓度与粉斑尺寸的影响。结果表明，宽带同轴送粉喷嘴的粉末浓度在轴向与径向上均服从高斯分布，验证了喷嘴结构的合理性。四因素对粉末浓度的影响效果从大到小为：倾角、垂直高度、收缩角度以及出口间隙。当采用最优结构参数时，喷嘴可以在距离粉末出口24.6 mm的平面上形成一个3.08 mm×3.08 mm大小、最高质量浓度为32.29 kg/m3的矩形粉斑。最终通过送粉试验验证其合理性，为后续激光增材制造试验的开展提供依据及参考。

为了研究多阶模半导体激光增材制造工艺参数对熔覆层残余应力的影响,利用ANSYS软件构建了单道熔覆层模型,运用生死单元法加载多阶模半导体激光为热源。采用正交试验法展开了工艺参数对熔覆层宽度与高度方向应力场分布规律的影响研究。结果表明：熔覆层宽度方向上的应力场左右对称并在中心处有明显的“平台效应”,体现了多阶模激光热源热量分布均匀的特点；熔覆层高度方向上,应力值沿熔覆层高度方向逐渐增大,直到熔覆层顶部达到最大值；工艺参数对残余应力的影响次序为：送粉速率>扫描速度>激光功率；当采用优化工艺参数计算时,熔覆层高度及宽度上的最大应力为196.53 MPa和98.22 MPa,有效地降低了残余应力值,为多阶模半导体激光增材制造中的残余应力调控提供了参考。

利用60 W国产CO2激光器对黑色耐高温聚酯薄膜进行密群孔加工, 通过正交实验法分析激光扫描速度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲宽度等工艺参数对微孔入光孔径、出光孔径和锥度的影响程度, 并采用综合平衡法得到优化工艺参数组。结果表明, 激光扫描速度、离焦量和脉冲宽度对微孔锥度影响较大; 离焦量、脉冲能量对孔径影响较大; 得到的优化工艺参数组为: 激光扫描速度50 mm/s,脉冲能量输出10%, 重复频率11 kHz,离焦量0 mm, 脉冲宽度0.1 ms, 并通过实验验证采用该优化参数组加工获得的微孔入光孔径、出光孔径、锥度均较小, 且质量较好, 指导企业生产的升级改造。

为了满足使用激光去除毛刺的工艺要求, 现设计一种激光头结构, 介绍了激光去毛刺的工作原理, 系统组成, 利用中间激光聚焦能量切除大毛刺, 圆环光斑能量将切割后的剩余部分融成圆角。去毛刺激光头结构包括聚焦镜、圆台镜、抛物面镜, 激光束其中一部分经过聚焦镜聚集为第一激光束, 其余部分则先后经圆台镜和抛物面镜反射而形成投射, 在第一激光束周向外侧形成环形的第二激光束。这样能够在待加工工件上投射形成不同功率密度与直径的环形光斑区域, 利用高能量密度对毛刺进行激光去除, 同时对大毛刺去除过后形成的小毛刺在激光扫描去除时进行一次性去除。

同轴送粉喷嘴是激光金属增材制造系统装备的核心部件之一,直接影响着激光增材制造零件的成形精度及性能。因其重要性,国内外学者们已开发出多种新型送粉喷嘴。简要从“光外送粉”和“光内送粉”两种光粉相对位置不同的送粉方式概括了国内外对同轴送粉喷嘴的研究,并从激光束和粉末束是否可变焦的角度进行了分析,指明了现有同轴送粉喷嘴的特点,对未来同轴送粉喷嘴的发展进行了展望。

为了降低残余应力对激光熔覆层性能的影响, 利用ANSYS软件建立了单层熔覆模型, 采用正交实验法来探究激光工艺参数(激光功率、扫描速度与光斑直径)对熔覆层残余应力的影响规律, 获得了优化的工艺参数。研究结果表明, 扫描速度及激光功率对残余应力的影响最大, 其次是光斑直径; 对获得的优化工艺参数组合进行了计算, 残余应力减低为192 MPa。为工艺试验参数选择提供指导。

为了探究工艺参量对激光增材制造熔覆层残余应力影响规律, 采用数值模拟及实验验证相结合的方法, 取得了激光增材制造熔覆层截面深度方向上沿扫描路径y方向和垂直扫描路径x方向上残余应力的分布规律,并在此基础上进行了不同工艺参量对y方向和x方向应力场影响分析。结果表明, 在一定参量范围内, 随着熔覆层深度的增加, y方向残余应力均表现为拉应力, 呈现先增大后降低趋势, 在熔覆层顶部约0.2mm处存在最大拉应力为262MPa; x方向由压应力逐步转变为拉应力, 其略小于y方向应力值; 随着激光功率的增大, x方向残余应力逐渐增大, y方向残余应力逐渐降低; 随着扫描速率的增大, x方向的残余应力将随之减小, 而y方向的残余应力将随之增大; 随着送粉量的增大, x方向和y方向的残余应力均将随之增大。此研究为降低激光增材制造熔覆层残余应力及工艺参量优化选择提供了指导。

利用激光光内送粉熔覆技术,在与水平方向成大于90°的仰面基体下表面进行了单道熔覆实验研究。分析了仰角、保护气压力与光粉耦合处粉束直径之间的关系; 研究了仰面姿态下熔覆层的宽度、高度以及熔池的流淌下垂趋势受激光功率、扫描速度的影响规律。研究发现, 光粉耦合处粉束直径随仰角的增大而变大, 随保护气压力的增大而减小。基体仰面与水平姿态下, 工艺参数对熔覆层的宽度、高度的影响规律保持了较好的一致性; 熔池在重力作用下, 激光功率、扫描速度以及仰角的变化对熔覆层高度的影响更加显著; 熔道顶点的偏移随激光功率的减小、扫描速度的增大和仰角的增大而逐渐增小。保持送粉量和离焦量不变, 利用优化后的激光功率、扫描速度, 以及保护气压力, 获得了最大仰角达150°、且具有较好尺寸精度和组织性能的激光熔覆立体成形件。

为了探究激光增材制造熔覆层残余应力分布, 减小残余应力对零件性能的影响, 采用ANSYS软件建立了单层熔覆模型, 对其温度场和应力场进行了分析, 研究了激光增材制造熔覆层截面轴向方向和水平方向残余应力的分布规律。结果表明, 残余应力主要体现在轴向方向, 且轴向方向的残余应力主要表现为拉应力, 随熔覆层深度增加拉应力先增大后降低趋势, 其最大拉应力为位置处在距离基材0.2 mm处。与现有文献实验结果一致, 验证了该模型的正确性及可靠性, 为调控或降低残余应力的工艺参数优化选择提供指导。