为了提高激光金属直接成形中光内同轴送粉喷嘴粉末流场的汇聚性，获得大的聚焦焦距、小的聚焦直径及小的发散角，对卸载及载气两种方式下不同保护气压力对粉末流聚焦参数的影响规律进行了实验研究。结果表明：在卸载方式下，随保护气体压力逐渐增大，粉末聚焦焦距逐渐增大，粉末聚焦直径变小，发散角减小，粉末汇聚效果变好；在载气方式下，随保护气体压力逐渐增大，粉末聚焦焦距先增大后减小，聚焦直径逐渐变小，发散角逐渐降低。因此，在载气方式下应选择保护气压力与载气压力大小接近为宜。研究结果对光内送粉激光金属直接成形工艺优化具有指导意义。

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。

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。

针对激光金属直接成形过程中的特征尺寸问题,采用ANSYS有限元分析软件,对方波作用模式下的激光熔池温度场进行了模拟分析。结果表明,在平均输出功率一定的情况下,熔池作用尺寸范围随着方波作用时间的减小而增大,而在光斑重叠率足够大的情况下,改变重复频率对熔池作用尺寸范围影响较小;在其它参数一定的情况下,熔池作用尺寸范围随着平均功率的降低而减小。结合模拟分析,设置相应的实验方案对方波作用下的各参数对金属直接成形特征尺寸进行了分析,实验结果变化规律与计算结果吻合。利用方波,成形出了具有小特征尺寸的薄壁零件。