针对单道多层的直薄件激光立体成形过程，建立了基板预变形和无预变形条件下的3D参数化有限元模型，进行了应力和变形的瞬时热弹塑性有限元模拟分析。模拟结果表明，基板预变形处理影响成形件应力和变形的分布与大小，并可减轻基板的翘曲变形。预变形下基板下表面具有初始拉应力点的残余应力值比无预变形要小，基板与熔覆层接触的界面中间位置残余应力也小于无预变形的情况，直薄壁件最大残余压应力所在位置也发生变化。在两模型中，熔覆层两侧边缘位置变形严重，而中间位置变形较小。熔覆层首层的沉积对基板变形量影响最大，后续熔覆层的沉积对基板变形量影响程度逐渐减小并最终趋于稳定。成形前对基板进行适当的预变形处理可以有效控制成形件变形和改善应力分布。