同轴吹气结构辅助吹气对飞秒激光深孔加工效率有着重要影响, 但在加工过程中存在排渣效果较差等情况。为了提升排渣能力, 采用ANSYS CFD软件分别仿真了同轴吹气、旁轴吹气以及双路吹气的流场分布, 并设计双路辅助吹气实验平台, 进行了理论分析和实验验证, 取得了微孔内部及周围的动态流场和流速矢量分布, 以及同轴、旁轴和双路吹气结构辅助下微孔加工后孔口形貌。结果表明, 双路辅助吹气不但可以提升加工效率, 同时也有助于工件表面洁净度的提升, 对飞秒激光高效深孔加工的实现有着重要意义。

针对熔覆成型件表面粗糙的难题，提出了在成形过程中对熔覆层侧壁进行飞秒激光精密加工的方法，重点研究了精密加工过程中飞秒激光的能量密度、能量分布、光斑重叠率对熔覆层侧壁粗糙度的影响规律，结果表明：当焦平面处飞秒激光的能量为高斯分布，加工得到的熔覆层侧壁表面粗糙度Ra＜3 μm时，激光能量密度介于0.12~0.34 J/cm²之间；当能量为平顶分布并且加工后熔覆层侧壁表面粗糙度Ra＜3 μm时，最佳能量密度范围为0.13~0.66 J/cm²；同等参数条件下，平顶能量分布激光加工得到覆层侧壁粗糙度小于能量高斯分布时的粗糙度数值。熔覆层侧壁粗糙度随光斑重叠率的增加先减小后增大，实验获得的最佳重叠率范围为78%~85%。

激光金属直接成形制备了CoCrMo体积分数分别为10%、20%、30%变化的Ti6Al4V-CoCrMo梯度材料实体件，CoCrMo体积分数为10%的组分未开裂，而20%、30%的组分开裂严重。从断口形貌、组织和残余应力三方面对开裂现象进行了深入研究。结果表明：CoCrMo体积分数为20%、30%组分的开裂是冷裂，断口呈现准解理特征，裂纹穿晶扩展。开裂的原因主要是Ti6Al4V与CoCrMo形成了有限固溶体，脆性倾向增加；随着CoCrMo含量的增加，梯度材料的组织结构发生了显著变化，析出的CoCrMo呈网状包络Ti6Al4V-CoCrMo固溶体，不仅容易出现应力集中，形成裂纹源，而且两者间热物性参数不匹配，增大了内应力。

采用“生死单元”技术模拟了激光金属直接成形DZ125L单层单道和单层两道试样时扫描单元内部温度场的分布情况，分析了熔池温度梯度的分布与试样内部金相组织演变的关系并进行了实验验证。结果表明，成形单层单道试样时，柱状晶能够从基材连续向上生长，熔池中间部位柱状晶连续生长得最高，并且熔池顶部容易形成等轴晶；成形单层两道试样时，扫描方式与搭接率对温度场分布及金相组织的转变影响较大，往复扫描方式下搭接区容易产生转向枝晶，搭接率过小会严重影响两道搭接处柱状晶的连续生长。模拟结果和实验结果吻合得较好。

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。

在激光金属直接成形过程中，为了使熔池在凝固时始终保持合理的温度梯度从而使成形件内部柱状晶组织自基板起从下到上延续生长，在成形316 L实体墙过程中采用液氩喷射冷却的方法降低成形件的温度；分析了液氩喷射冷却对实体墙金相组织和显微硬度的影响。结果显示，采用液氩喷射冷却能有效缓解激光金属直接成形过程中成形件内部的热积累现象，使柱状晶组织在实体墙内部从基板开始从下到上延续生长，一次枝晶间距最大处约为12 μm，并且提高了实体墙零件的显微硬度值。

为了获得表面平整的薄壁零件，针对DZ125L高温合金材料，采用不同工艺参数组合进行了激光金属直接成形(LMDF)单道熔覆实验，系统研究了不同工艺参数(如激光功率、扫描速度、送粉率、Z轴提升量等)对单道熔覆层高度、宽度、宽高比和成形质量的影响规律，并优化了工艺参数。提出了一种三维表征单道熔覆层能量密度的新方法，推导出了相应的计算公式,从宽高比、稀释率和能量密度3个方面阐述了获得良好熔覆层和其成形工艺参数之间的相互匹配关系，为进一步根据设计的熔覆层尺寸来确定工艺参数提供了依据。实验结果表明,采用优化后的工艺参数成形出的薄壁零件质量明显提高，表面平整，无宏观缺陷。

“形貌自愈合效应”是激光金属直接成形(LMDF)过程中的一个重要现象，在开环控制条件下对提高零件成形精度具有重要作用。为了分析不同材料的形貌自愈合能力，探寻主要影响因素，以指导制定合理成形工艺、提高成形精度，通过正交实验方法，在具有“凸起”特征的基板上，采用激光金属直接成形技术获得了多组单道薄壁试样，分析工艺参数对试样尺寸的影响规律。对316 L不锈钢的实验结果表明，激光金属直接成形中不同工艺参数对其形貌自愈合能力的影响有显著差别，其中扫描速度是主要影响因素，其次为激光功率，最后为送粉量。当优化的激光功率、扫描速度、送粉量分别为240 W、6.0 mm/s、7.3 g/min时，可以显著提高316 L不锈钢形貌自愈合能力，其最大愈合高度超过1.54 mm、愈合速率为每层0.038 mm。