激光选区熔化(SLM)是利用高能量激光束将设计好的二维截面上的金属合金粉末熔化,由下而上逐层打印实体零件的一种金属增材制造(AM)技术,具有尺寸精度高、表面质量好、致密度高和材料浪费少的优势,已经成为AM技术在金属零件成型领域中的重要技术之一。阐述了SLM技术的原理和研究现状,总结了其在航空航天、医学、汽车、模具等方面的应用现状,并展望了其未来的发展趋势。

间隙特征的成型是免组装机构直接成型的关键问题，为了提高间隙特征的可成型性，采用倾斜摆放方式减少间隙内部支撑。建立悬垂结构尺寸误差的数学模型并进行试验验证；采用激光选区熔化(SLM)成型了间隙尺寸为0.2 mm、一系列倾斜角度的间隙特征，研究成型厚度、倾斜角度和能量输入等工艺参数对间隙大小的影响；成型了免组装的折叠算盘。结果表明，在倾斜角度大于40°时，通过增大倾斜角度、减小成型厚度或者能量输入，间隙尺寸增大，实验结果与该数学模型相符合。当激光功率150 W、扫描速度为800 mm/s时，层厚为25 μm和35 μm的间隙大小分别为140 μm和120 μm。采用以上的工艺参数成型的折叠算盘可以实现预设计的动作，为机构的直接制造提供了一个可行的方法。

为了改善激光选区熔化成型免组装机构间隙结合处的成型质量，制造出具有高表面质量和高致密度的免组装机构，对间隙倾斜面的表面粗糙度进行了理论研究，并对间隙特征进行了设计，分析了激光表面重熔和工艺参数对间隙成型质量的影响。结果表明：间隙倾斜面的表面粗糙度(Ra)理论上由倾斜角和切片厚度两个因素决定，Ra随着倾斜角的增大和切片厚度的减小而减小。采用鼓形孔的间隙特征可以使粉末更容易去除并提高机构的稳定性；采用激光表面重熔工艺，不仅可以提高机构的致密度，也可以改善表面粗糙度。加工过程中，保持激光体能量密度在顺利成型的区域，加工到间隙顶部时，加快扫描速度，能够减少间隙处的挂渣，提高表面质量。采用以上优化条件可以顺利加工出万向节机构，其中外表面Ra=8.25 μm，间隙表面Ra=12.47 μm，致密度为99.1%。

随着机械系统复杂性的不断增加，在现代结构理论模型的设计中，设计者需要统筹考虑结构新颖性、性能优良性和制造可行性，但传统的制造方式对设计约束很大。选区激光熔化（SLM）是快速制造中最有发展潜力的技术之一，在理论上可以实现任意复杂的计算机辅助设计（CAD）理论模型到金属功能件的直接制造。针对SLM自由制造的特点，结合华南理工大学在该技术方面的研究基础，研究了具有免组装、功能集成和轻量化特点的复杂金属功能件自由设计与直接制造的工艺，为航空航天、医疗、汽车等领域的产品创新设计与个性化制造提供参考。