采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明，当流道截面尺寸小于2 mm时，激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压，这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外，随着流道截面的增大，圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象，而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因，而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明，基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末，并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后，初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。

以聚酰胺(PA)和不锈钢(1Cr18Ni9Ti)搭接接头为研究对象,计算了焊接过程中界面处的热过程,并分析了其对塑料热分解行为影响,获得了优化的焊接热输入;然后通过试验验证,获得了稳定连接的PA-1Cr18Ni9Ti接头,并对PA-1Cr18Ni9Ti界面的连接机制进行研究。结果表明:焊接过程中聚酰胺的热分解与时间、升温速率有关;当激光焊接热输入为77.8 J·mm -1(激光功率700 W,焊接速度9 mm·s -1,离焦量70 mm)时,可保证PA-1Cr18Ni9Ti界面处的聚酰胺在充分熔化、铺展的同时,减少热分解,同时可避免聚酰胺的烧蚀和碳化;PA-1Cr18Ni9Ti界面能够形成Cr—O—C化学键,有利于提高两者的结合强度。

超薄不锈钢在航天、医疗器械、日用品中的应用日趋广泛, 对其激光焊接质量也提出了更加苛刻的要求。由于材料很薄, 易于汽化穿孔, 要想得到连续、无烧穿的焊缝, 关键是对参数的精确控制。采用光纤激光实现了0.2 mm厚1Cr18Ni9Ti 不锈钢片的对接及搭接焊。研究了激光功率、焊接速度、离焦量、脉冲频率、占空比等工艺参数对焊缝表面成形的影响规律, 并对焊缝显微组织及接头力学性能进行了考察。结果表明, 在连续焊模式下, 即使采用非常小的热输入, 也无法避免焊缝起始及收尾处出现的烧穿; 脉冲焊模式下, 热输入一定时, 采用低的脉冲频率、占空比及焊接速度相比高的脉冲频率、占空比及焊接速度可以有效减少单脉冲能量, 从而避免焊缝在起始及收尾处的烧穿。在优化的工艺参数下可得到表面成形良好、无烧穿的对接及搭接焊缝。焊缝中心区由柱状晶与等轴晶组成, 几乎不存在热影响区, 对接接头抗拉强度可高于母材, 搭接接头经拉剪测试断于母材。

激光熔覆与工业机器人结合形成的激光增材制造具有快速、柔性等特点, 能够适用于航天航空领域大型复杂金属构件的高效低成本制造。对一种同轴送粉式的激光增材制造设备的控制系统进行了设计与研究, 包括硬件组成和软件设计两部分, 关键解决了机器人与激光器、送粉器之间的通信与协调问题。系统以S7-1500 PLC为控制核心, 通过PROFINET总线实现PLC主站与激光器、机器人等从站及HMI间的实时高速通讯, 可实时调节激光功率P、扫描速度V、送粉速率F等工艺参数, 设计的操作界面可方便快速地实现对熔覆过程重要参数的监控和报警过程的在线处理。

研究了一种基于旋转激光经纬仪三维空间定位网络的组合式激光三维扫描系统。旋转激光经纬仪定位系统的空间定位结合激光经纬仪前方空间角度交会和 GPS空间定位原理，实现并行测量多个光电传感器空间坐标。在此基础上，设计了一种组合式激光三维扫描系统，通过三个光电传感器坐标确定激光测头的空间测量位姿，实现了一种适用于现场测量便携式三维扫描系统。研制的组合式三维激光扫描装置对多个物体进行扫描获取物体表面特征点云数据，得到了较好效果。

通过粉末床铺设置尼龙微粉, 进行选择性激光烧结(SLS), 制备了尼龙6(PA6)拉伸试样。分析了所制备样品在三维方向上的拉伸性能, 研究了拉伸断口的微观形态。结果表明, 所制备的样品致密无孔隙。激光扫描方向和面堆积方向的拉伸强度分别为42.7 MPa和42.5 MPa, 高于体堆积方向的拉伸强度39.3 MPa;激光扫描方向和面堆积方向的断裂伸长率约为体堆积方向的两倍。断口分析显示, 拉伸断口由裂纹萌生区和裂纹扩展区组成, 裂纹起源于未熔融PA颗粒与熔融粘结PA的界面。