为了实现激光选区熔化（SLM）无支撑低角度成形，进而提高样件的成形效率和降低打印成本，笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法，并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明：过高或者过低的能量密度都会对悬垂区域的多层成形产生负面影响，采用适熔工艺成形悬垂结构能在保证低孔隙率的同时实现多层打印。将悬垂结构进行上、下、内表面区域划分，基于向下比较层数T进行区域面积调控能够显著影响悬垂样件的可制造性和结构完整性，应用下表面工艺区域的面积越大，悬垂样件的成形性越好。对上下表面的成形机理进行了深入分析，结果显示，下表面的成形质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响，而上表面除了受粘粉影响外，还主要受阶梯效应和轮廓边界熔道间隙的影响。最终，成形了不同尺寸的测试样件以及最低角度为15°的叶轮零件，证明了所提低角度成形方法的可行性。

重点研究了激光选区熔化成形纯锌（Zn）的微观组织和力学性能的各向异性及产生机理。分别对垂直和平行两个构建方向的纯锌试样进行了试验研究，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对晶粒尺寸、形貌、取向和分布进行了表征。结果表明：纯Zn试样在垂直平面上存在粗柱状晶，平均晶粒尺寸约为17.24 μm，晶粒取向优先沿0001方向生长；在水平平面上则表现为等轴晶粒，表现出较弱的101ˉ0与112ˉ0纤维织构，等轴晶的平均晶粒尺寸为10.21 μm，相比垂直平面减小了约40.8%。沿水平平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为123.5 MPa和11.7%，而沿垂直平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为108.0 MPa和14.1%。SLM成形纯锌在微观结构与力学性能上均存在明显的各向异性：沿水平平面成形的试样的强度高，归因于更细小的晶粒尺寸和更大的初始位错密度；沿垂直平面成形的试样的延展性更好，则是因为更多的高角度晶界有效阻碍了裂纹偏转。研究结果揭示了激光选区熔化增材制造纯Zn的微宏观各向异性机理，为Zn在医用植入物中的应用提供了理论参考。

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器, 结合密度泛函理论和晶体场理论, 对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算, 分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能, 并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明, 通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法, 共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。

针对激光粉末床熔融（LPBF）在无保护气氛条件下成形Sn-3.0Ag-0.5Cu（SAC305）材料的难题，研究了不同工艺参数对LPBF成形SAC305的表面形貌和力学性能的影响。通过工艺参数优化，确定了空气环境下SAC305的LPBF最优工艺参数为激光功率30 W、激光扫描速度700 mm?s^-1、扫描间距0.07 mm、铺粉层厚30 μm，成形试样的致密度达到98.7%，同时抗拉强度和伸长率分别为85.29 MPa和15.37%，力学性能优于传统铸造方式成形的样品，抗拉强度提高了108%。此外，导电率达到国际退火铜标准（IACS）的14.4%~14.99%，满足该牌号材料的通用导电率要求。验证了空气环境下LPBF成形SAC305材料的可行性，为实现特殊工况下的零件加工打印提供了参考。

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65~0.75 μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50 μm降到0.35 μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。

针对激光定向能量沉积（LDED）成形零件尺寸精度低、表面粗糙度大的问题，采用机器人增减材复合制造平台，研究了不同工艺策略（先增材后减材成形及增减材交替成形）对增减材成形316L不锈钢试样表面质量和力学性能的影响，阐明了增减材交替工艺策略的层间作用对成形试样表面质量和力学性能的影响机理。对增材和减材工艺参数进行优化，确定优化后的参数为激光扫描间距2.5 mm、刀具主轴转速3600 r/min、刀具进给速度3 mm/s、铣削深度0.3 mm和铣削宽度3 mm，并采用该优化参数在不同工艺策略下成形了316L不锈钢试样。结果显示：先增材后减材和增减材交替成形试样的力学性能相当，增减材交替工艺策略可以实现内部结构复杂的316L不锈钢零件的成形，对零件成形性能没有消极影响。最后采用增减材交替工艺策略进行了阀门模具的制造，验证了增减材复合制造工艺的工业应用可行性。

钢、铝两种材料因为物理性能和化学成分上存在较大差异，导致钢铝焊接成为难点。为了得到高质量的钢/铝接头，采用7种激光扫描路径对DP780双相钢和5083铝合金两种金属进行搭接点焊试验。研究激光扫描路径对钢/铝接头宏观形貌、金相组织、显微硬度和剪切强度的影响。结果表明：扫描路径的变化对接头的影响较大，相比于常规焊接，摆动焊接的接头具备更好的连接质量，焊缝表面成形效果更好；钢/铝接头主要由马氏体和铁素体组成，使用激光摆动点焊的接头晶界明显，在马氏体和铁素体交界处有少量的片状珠光体，且焊缝各处的晶粒种类无较大差异，因此焊缝各处力学性能相同，减少受力后，出现应力集中的现象；摆动点焊钢/铝接头的力学性能得到提升，钢侧接头的最大显微硬度可达450 HV，是常规的1.06 倍，剪切强度为83 N/mm，是常规焊接的2.12 倍。

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历“液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥”阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。