激光增材制造可实现高性能金属复杂构件整体化成形，在航空航天、汽车、医疗等领域具有广阔应用前景。但是，高斯激光作用产生不均匀温度场、极高的温度梯度以及不稳定的流场，导致飞溅、球化、气孔、残余应力和裂纹等缺陷及各向异性的微观性能，影响了该技术更广泛的应用。光束矫形和场辅助原位调控激光增材制造过程是控制缺陷产生的有效方法。综述了国内外在光束矫形以及热、磁和超声多场调控金属激光增材制造领域的研究进展，重点揭示外场-激光-材料-组织-性能间的作用机理，并对多场调控金属激光增材制造未来发展进行了展望，可为金属激光增材制造的高性能调控提供有益参考。

SiC陶瓷凭借其高强度、高硬度和低密度等优势，在航空航天、核电工业等领域有着广阔的应用前景。但由于SiC加工难度高、韧性低，阻碍了其广泛应用。为解决上述问题，本研究采用黏结剂喷射增材制造(BJAM)结合液硅反应熔渗技术(LSI)制备了不同碳化硅晶须含量(SiCw)的SiCw/SiC复合材料。结果表明，当SiCw含量达到7.5% (体积分数)时，材料的弯曲强度和断裂韧性达到最大值分别为215.29 MPa和3.25 MPa?偸m1/2，硬度则在SiCw为5%达到23.06 HV的峰值。但当SiCw含量继续升高后，材料内部残余硅相含量提升，力学性能发生恶化。对打印初坯进行2次增碳可有效降低材料内部硅相含量，弯曲强度、断裂韧性和硬度最大分别提升10.15%、10.46%和10.58%。引入的SiCw通过偏折裂纹、拔出和折断等方式起到了对复合陶瓷材料的增强增韧作用。

多激光粉末床熔融（ML-PBF）采用多束激光并行加工，是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致，特别是激光功率会存在偏差，其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20、30、40 W的激光功率组合，探究了激光功率对ML-PBF制备的GH3536镍基高温合金搭接区组织和性能的影响。结果表明：成形试样的致密度最高可达99.6%，但搭接激光功率增大不仅会导致致密度降低至99.3%，孔隙率超过0.08%，还会导致γ相的衍射峰向大角度偏移，晶格常数降低。同时，随着搭接激光功率增大，搭接区内的晶粒尺寸由14.57 μm增大至17.23 μm，大角度晶界占比由36.66%上升至55.91%。搭接区内残余应力随着搭接激光功率的增大而先降低后升高，在激光功率相差30 W时降至最低值43.8 MPa。搭接区硬度随着搭接激光功率的增大而降低，由297.3 HV3降低至291.1 HV3。4组激光功率组合下制备的试样的极限抗拉强度在792.9~830.9 MPa范围内，当激光功率相差10 W时强度达到最高值，延伸率为23.7%。增大搭接激光功率会降低ML-PBF的熔凝稳定性并增大温度梯度，进而对搭接区内的微观组织、残余应力以及零件的力学性能产生影响。

利用多激光粉床熔融（ML-PBF）设备成形了GH3536高温合金，系统研究了单激光区、双激光区以及四激光区成形试样的缺陷、显微组织和拉伸性能的变化规律。结果表明：随着激光束的增多，试样表面质量得到改善，但致密度由99.82%（单激光区）降低到92.35%（双激光区）和98.97%（四激光区）。同时，多激光搭接区的重熔导致部分晶粒再结晶，沿（001）的择优生长取向更加显著，织构指数也由单激光成形试样的3.040分别提升到了3.403和3.465。但是，单激光区、双激光区和四激光区的大角度晶界比例逐渐降低，由65.9%分别降低到50.1%和46.3%。此外，搭接区的残余应力呈现降低趋势，单激光区、双激光区和四激光区分别为192.3 MPa，106.5 MPa和44.1 MPa。三者的室温拉伸强度相差较小，均达到了800 MPa以上，断裂延伸率由30.3%（单激光区）降低到25.9%（双激光区）和25.4%（四激光区），这主要是搭接区内的孔洞和裂纹缺陷造成的。研究结果有望为多激光粉床熔融制备大尺寸镍基高温合金零部件提供有效的参考。

采用激光选区熔化成形了DD91镍基单晶高温合金的单条熔道，研究了激光功率和扫描速度对单道形貌、晶体取向和微观组织的影响规律。结果表明：当铺粉层厚为30 μm时，在激光功率290～305 W、扫描速度500～700 mm/s工艺窗口内，熔道连续平稳且光滑平直，熔池扁平规则，可为单晶组织的稳定生长提供保障。当熔池与单晶基板冶金良好时，熔池内晶体能够延续基板的取向沿[001]定向外延生长，但熔池对流可使晶体生长方向产生2°以内的小角度偏差，并在熔池顶部发生柱状晶向等轴晶的转变，产生杂晶缺陷。熔池底部、两侧和中部都存在大量沿[001]生长的柱状枝晶，一次枝晶臂间距为0.6～0.8 μm，实现了沿单晶基板的外延生长，但中部晶体形态转变为纺锤状；熔池顶部晶粒为细小胞状结构，生长方向由[001]转变为[100]，这主要是顶部凝固时热量更多地沿扫描方向(平行于基板)传递导致的。研究结果可为激光增材制备大尺寸单晶组织提供参考。

研究了外加在线稳恒磁场对激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)成形GH3536合金组织及力学性能各向异性的影响。设计了可作用于激光选区熔化成形台面的在线磁场发生装置，可产生最大强度为0.3 T、竖直向上的稳恒磁场。当无磁场和施加0.1 T、0.3 T磁场时，对成形试样进行了微观表征和拉伸试验。结果表明：随着磁场强度的增加，试样致密度由96.4%升高至98.8%，晶粒取向逐渐由强(001)取向转变为(001)、(101)和(111)的均匀取向。在0.1 T磁场下，试样沿沉积方向的织构指数由6.843下降至6.363；在0.3 T磁场下，织构指数下降至5.718。在稳恒磁场的作用下，试样沿扫描和沉积方向的抗拉强度及延伸率差异有明显改善。在0.1 T磁场下，强度和延伸率差异相对于无磁场时分别减小了14.1%和11.1%；在0.3 T磁场下，则减小了47.5%和55.3%。理论分析与计算认为，晶粒取向和性能各向异性的改变主要是由于外加磁场产生了10⁵ N/m³量级的热电磁力，进而枝晶生长方向发生改变。

铜及其合金因具有优良的导热性能而被应用于模具制造业, 而激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术能够有效成形高性能复杂结构模具。目前采用SLM成形铜及其合金的研究较少, 系统地研究了SLM成形纯铜的工艺参数, 获得了最优工艺窗口下成形的纯铜块体的显微形貌、物相及其机械性能等。在激光功率360 W、扫描速度600 mm/s的最佳参数组合下, 得到了致密度接近88%的纯铜试样, 其表面和侧面的维氏硬度分别为42.9±6.8、32.8±4.5 HV, 试样的平均抗拉强度和延伸率分别为95.0±24.2 MPa、8.9±3.8%。该研究为SLM成形纯铜应用于工业尤其是模具制造业提供了理论与工艺借鉴。

基于激光选区熔化(SLM)工艺制备了一种具有高致密度、高强度和高硬度的Cu-13.5Al-4Ni-0.5Ti形状记忆合金试样。对试样的微观组织进行分析表征,并研究了其在室温和300 ℃下的拉伸性能。结果表明:当激光能量密度约为110 J·mm ^-3时,试样的相对密度最大,超过99.5%;试样微观组织中平行延伸的板条状马氏体横跨熔化道生长,晶粒平均尺寸约为43 μm,与铸造试样相比,晶粒得到明显细化;试样在常温下的抗拉强度为(541±26) MPa,断后伸长率为(7.63±0.39)%;在300 ℃下的抗拉强度提高至(611±9) MPa,断后伸长率提高至(10.78±1.87)%,该合金在高温领域具有一定的应用潜力。

通过激光选区烧结(SLS)技术成形了堇青石/碳纤维复合材料初胚,经高温烧结获得了陶瓷试样,研究了陶瓷试样的孔隙率、力学性能和尺寸精度在不同工艺下的变化。结果表明,碳纤维通过烧结颈粘结穿插在堇青石基体中,随着烧结温度的升高,堇青石熔化变形,孔隙率减小。当烧结温度为1350~1400 ℃时,堇青石为μ相,当烧结温度升高至1425 ℃时,堇青石由μ相向α相转变。碳纤维有效增强了初胚的韧性和强度,随着烧结温度的升高,陶瓷试样的抗压强度不断增大,并在1425 ℃时达到最大值5.48 MPa。

利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB₂/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7 J/mm ³时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4 HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10 ^-4 mm ³·N ^-1·m ^-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB₂/S136复合材料的最佳η为66.7 J/mm ³,η过高或过低,均会严重影响TiB₂/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。