增材制造（AM）的零件若存在悬垂部件，则往往需要添加额外的支撑结构，这不仅会影响打印效率，而且拆除支撑也会引发新的问题。结构自支撑设计能使增材制造摆脱对支撑结构的依赖，现已成为国内外的研究热点。本文首先总结了增材制造结构自支撑设计的原理，接着综述了增材制造零件整体结构自支撑设计的研究进展以及增材制造填充结构自支撑设计的研究进展。其中，根据不同的结构优化方式，将增材制造零件整体结构自支撑设计进一步划分为基于连续体结构拓扑优化、离散结构拓扑优化和形状优化的结构自支撑设计，并分析了各类优化方法的优缺点。最后，讨论了提升计算效率以及提升结构性能的解决方案，并对未来的应用场景以及未来的研究重点进行了展望。

3D打印已被广泛应用于汽车、航空航天、船舶、医药等领域。但是，传统2.5轴沉积方式在大型复杂结构的制造中面临阶梯效应、需要支撑结构，甚至无法制造的困难。多轴沉积方式为复杂结构的制造打开了新局面，克服了传统方法需要支撑结构的问题，显示出极高的制造灵活性，但目前缺少对多轴无支撑制造的研究总结。因此，本文首先回顾了多轴无支撑制造的工艺规划方法，根据各方法处理复杂模型的能力，将其分为基于悬垂结构分解、基于骨架化、基于约束优化、基于曲面层分解和基于内/外体积分解等方法；然后，讨论了多轴无支撑打印在表面质量、悬垂区域制造、精度控制、路径规划等方面存在的问题和挑战；最后，针对目前存在的问题和挑战，展望了未来多轴无支撑打印的发展方向。

多激光束并行打印需要对当前打印层进行分区扫描。分区扫描策略对激光选区熔化制造成形件的表面质量、残余应力与变形量、力学性能有着很重要的影响。通过分析传统分区扫描策略的局限性,本文提出一种三角波条带扫描策略,利用实验对比分析了三角波条带扫描策略和传统的条带和棋盘分区扫描策略打印的316L不锈钢样品的致密度、残余应力与变形量、拉伸强度、维氏硬度和表面搭接区成形质量。结果表明,三角波条带扫描策略改善了搭接区质量,提高了试样的拉伸强度与维氏硬度,316L不锈钢样品的致密度达99.74%。因此,三角波条带扫描策略有利于改善激光选区熔化成形质量,为多激光束并行打印提供了一种新思路。

为了研究激光增材制造熔池温度的影响因素, 对Inconel 625镍基高温合金激光增材制造过程的熔池温度进行了测试实验。实验测试结果表明, 激光增材制造过程熔池温度随着激光功率的增高, 扫描速度的降低, 送粉速率的降低而增高; 交错扫描的方式加工过程温度平稳; 扫描间距影响激光增材制造加工过程温度分布; 90°扫描转角情况下温度变化幅度最大; 用多元回归的方式构建激光熔池温度预测公式, 实验验证结果表明, 公式预测精度较高。

激光近净成形的激光功率、扫描速度和分层高度是成形的关键参数。掌握关键参数与影响成形质量和变形的残余应力的关系是降低残余应力与选择合适成形参数的有效途径。利用生死单元技术对钛合金激光近净成形过程进行热力耦合数值求解，得到8 组不同关键参数情况下有限元模型的残余应力分布云图，并对顶层三个位置的残余应力进行采样。对不同参数与残余应力做多元回归分析，得到多元回归方程。通过有限元分析和实验验证多元回归方程的正确性，证明多元回归方法是减少不同参数下成形件残余应力的预测与实验时间、对既定参数残余应力评估的有效方法。