铝合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀性好等特点, 很好地满足航天飞行器轻量化需求。激光选区熔化技术(SLM)成形的铝合金零件综合性能良好, 在航天领域应用广泛, 但存在成形过程中缺陷不好控制、成形件表面质量较差、后处理工序烦琐等问题。为此, 选取AlSi10Mg铝合金, 针对SLM成形AlSi10Mg铝合金缺陷消除进行实体工艺优化研究, 获得缺陷最少的优化工艺参数, 并进一步研究表面粗糙度优化方法。结果表明, 通过优化工艺参数(主要包括扫描功率、扫描速度、扫描间距), 可以获得较低的孔隙率(9.2%)和较优的内部成形质量; 成形件表面质量主要影响因素有表皮扫描功率、扫描速度、扫描间距等, 适当提高扫描功率可以获得较好的表面质量。

采用激光选区熔化成形GH3536高温合金可以实现复杂结构的高效率、高精度制造。但是，采用激光选区熔化制造GH3536高温合金零件面临成形质量影响因素多、工艺参数优化过程复杂等难题。本研究通过建立粉末尺度热流耦合模型探索了GH3536高温合金在不同激光选区熔化工艺参数下的成形特征，结合实验数据揭示了主要工艺参数对结构件成形质量的影响规律，阐明了成形过程中温度场、流场的复杂变化及其对成形缺陷的影响机制。在激光功率为190~250 W、扫描速度为0.94~1.25 m/s的典型工艺参数区间内，熔池中液态金属的最高流速可达5.45 m/s，冷却速率最大可达1.219×10⁶ K/s。若扫描间距过大，则粉末的熔化条件不足，沉积道接触位置出现部分未熔化粉末以及表面孔洞等缺陷。本研究结果为GH3536高温合金激光选区熔化过程特征的理解以及内部孔隙缺陷的控制提供了依据。

高强铝合金因其优异的比强度和塑性在航空航天领域得到广泛应用，近年来快速发展的增材制造技术为制备高强铝合金提供了新的方法。为此，利用激光选区熔化（SLM）成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金。通过X射线计算机断层扫描技术、光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射（EBSD）和室温拉伸试验对合金的微观组织和力学性能进行表征和研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的成形质量较好，孔隙率仅为0.0013%，最大孔隙尺寸为126 μm。合金的微观组织分为粗晶区和细晶区，熔池内部为粗晶区，熔池边界为细晶区。熔池边界处的Al₃（Sc，Zr）颗粒为Al晶粒析出提供了大量形核位点，使得晶粒细化效果显著。试验得到平均晶粒尺寸为3 μm，在更小的EBSD扫描步长下测得细晶区的平均晶粒仅为0.6 μm。SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的拉伸性能优异，各向异性较小。横向试样的拉伸强度略高，其屈服强度、抗拉强度和伸长率分别达到465 MPa、508.2 MPa和14.07%。SLM快速冷却的特性和添入的Sc、Zr元素使SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拥有良好的成形质量、细化的晶粒组织和纳米尺寸的Al₃（Sc，Zr）颗粒，由此产生的细晶强化和沉淀强化是拉伸性能的主要强化机制。

高铜合金(也称高强高导铜合金)同时具有高导热导电性和高强度，其复杂零件在航天航空、石油化工、**装备及海洋舰艇等领域的应用十分广泛。由于对激光吸收率极低、热导率极高，激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)成形高铜合金的研究才起步。利用2000 W高功率光纤激光器作为光源，成形了QCr0.8高铜合金，研究了工艺参数对其致密化行为的影响，获得了致密的优化工艺参数，在此基础上，研究了其组织和性能。研究结果表明：当工艺参数不当时，SLM成形QCr0.8高铜合金会产生圆气孔和不规则的未熔合孔洞，前者出现在输入激光能量过高、出现深熔模式熔道时，后者出现在输入激光能量不足、扫描间距太小及搭接率太大时。优化的工艺参数为：激光功率2000 W，扫描速度600 mm/s，扫描间距0.20 mm，铺粉层厚0.05 mm。采用优化的工艺参数成形的高铜合金的致密度可以达到99.9%。其XOZ面的微观组织是沿成形方向生长的柱状晶，XOY面的微观组织可以分为细晶区与粗晶区，采用扫描电镜(SEM)可以观察到细小的胞状晶组织。沉积态时抗拉强度为234.7 MPa，屈服强度为173.9 MPa，延伸率为26.0%，导电率为国际退火铜标准(IACS)的37.8%；经过时效热处理后，抗拉强度为468.0 MPa，屈服强度为377.3 MPa，延伸率为19.2%，导电率为IACS的98.3%。研究成果为复杂高铜合金零件的制备提供了新方法。

激光选区熔化技术在实际应用中会出现熔点突出、工件翘曲等问题，影响铺粉质量及最终成型工件质量。为了提高激光选区熔化的铺粉质量，该文设计了一款基于PZT-5H阵列的L式双向智能刮刀，并对其传感器性能、单路信号灵敏度、铺粉模拟等进行了测试。结果表明，测试得到刮刀整体灵敏度为100 μm，有效地提高了智能刮刀在激光选区熔化中的铺粉质量，为后续增材制造智能化奠定了基础。

为了解工艺参数、形状参数对激光选区熔化制件成形精度的影响规律，针对高度方向的尺寸误差、圆弧表面的形状误差建立数学模型。利用316L粉末在200 μm度层厚的基础上进行激光选区熔化正交试验，选择激光填充功率、激光轮廓功率、扫描速度、形状参数、扫描间距五个因素四个水平进行试验。试验结果表明：影响表面粗糙度的因素为激光功率，功率增大，粗糙度值下降；影响轮廓度误差的因素为形状参数和填充激光功率。圆弧形状存在最差圆心角度，激光功率增大，轮廓度误差增大；影响高度方向尺寸误差的因素主要为零件本身结构，加工工艺对尺寸误差影响不显著。该研究为激光选区熔化316制件精度分析提供了一定的理论和试验依据。

采用光学显微镜和电子背散射衍射技术（electron backscattered diffraction, EBSD），观察分析了激光选区熔化（selective laser melting, SLM）快速成形工艺在不同扫描角度下316L不锈钢的显微组织和晶体取向，研究了扫描角度与熔池生成、凝固的关系，以及与拉伸强度和延伸率的关系。结果表明，晶体的各向异性随激光扫描角度的变化而变化，扫描角度直接影响获得的熔池的稳定性和凝固过程中的温度梯度，同时也进一步影响最终晶体的均匀性，从而导致制件拉伸强度、延伸率发生变化。因此，可以通过改变扫描方向的角度来控制成形件的结构和力学性能。

采用激光选区熔化工艺制备Ti6Al4V、GH3536和316L不锈钢三种不同材料的试样, 借助光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、万能拉伸试验机、维氏硬度仪等设备研究了其微观组织演变及力学性能。结果表明：Ti6Al4V内部分布大量针状马氏体α′相, 成形过程中分解为α+β相形成网篮组织；GH3536横截面呈现条形状, 纵截面为鱼鳞状；316L不锈钢内部分布着等轴柱状晶。316L不锈钢和GH3536的伸长率平均值分别为34.17%、36.75%, 相比Ti6Al4V分别增多了23.69%、26.27%；而Ti6Al4V的抗拉强度和屈服强度为1 122.83 MPa、853.17 MPa, 相比GH3536和316L不锈钢, 抗拉强度分别提升了51.63%、74.81%, 屈服强度分别提升了159.85%、54.37%。试样的强度均高于一般锻造的国家标准强度水平, 达到工业的使用要求, 综合性能优于传统制造工艺, 在激光选区熔化下具有较好的强塑性匹配。

选区激光熔化(SLM)在航空航天领域精密复杂结构件的制造中极具发展潜力,它突破了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文针对航空航天轻量化结构件广泛采用的铝合金及其复合材料的SLM技术进行探讨,并进一步总结了提升SLM铝基材料样品力学性能的方法,包括前期参数优化、成形件后处理和添加增强相。综述了国内外关于SLM铝合金在航空航天领域的研究进展、具体应用及其成果展示,并探讨了其未来的发展前景。

通过国产激光选区熔化成形设备制备了316L不锈钢航空发动机小型超薄叶片以及不同方向压缩试样, 成形主要参数为激光功率380 W, 扫描速度1 200 mm/s, 铺粉厚度40 μm, 扫描间距100 μm。采用三维激光扫描仪、万能拉伸试验机、金相显微镜以及扫描电镜对成形316L不锈钢力学性能、微观组织以及叶片尺寸精度进行了检测。结果显示, 成形叶片表面粗糙度为Ra1.6, 零件总体尺寸偏差值均小于0.25 mm; 叶片基体由鱼鳞状微熔池组成, 内部仍有少量空洞及微裂纹缺陷; 采用棋盘式扫描策略导致垂直与Z轴方向的变换角度对试样力学性能无影响。平行于Z轴试样强度约为垂直与Z轴方向的95%左右, 各向异性主要原因为贯穿微熔池的柱状晶结构。