针对具有复杂结构的全密度功能性金属零件快速制造难题，探讨了该类零件的选区激光熔化直接快速制造方法，并结合实验，重点对同步保证选区激光熔化快速制造金属零件成型密度及精度的工艺进行了研究。结果表明：同步消除球化、飞溅及气孔对成型件致密性及精度的影响是实现选区激光熔化快速制造全密度功能性复杂金属零件的难点及关键；在维持良好的抗氧化气氛条件下，可采用尽可能薄的铺粉厚度及恰当调节其它成型参数的方法，以保证对上一层有足够的重熔量来消除球化及气孔现象;同时，采用合适的扫描策略，可弱化飞溅对成型质量的影响来解决工艺难题。采用该工艺方案可快速制造全密度功能性复杂金属零件，所成型的316L不锈钢叶轮零件相对密度为99.8%，硬度为HB192，表面粗糙度约为40 μm，尺寸精度在±0.1 mm以内，稍经打磨后即可投入使用。

随着快速成型技术的进步，其研究热点转变到快速直接制造金属功能零件方面，应用范围也拓展到航空航天、医疗、汽车、模具等领域。针对选区激光熔化(SLM)技术更适合精密小批量金属零件的快速制造等特点，结合华南理工大学在该技术方面的研究进展，研究讨论了成型材料、成型工艺与过程控制、应用及其影响因素等，并对SLM技术现状、存在问题和发展趋势进行了分析。

为揭示激光直接沉积TB6钛合金的组织与性能相关性, 研究了其沉积态和沉积/热等静压态的组织特征和拉伸性能。结果表明：激光直接沉积TB6钛合金的沉积态组织为等轴晶, 其拉伸断口为沿晶/穿晶混合断裂方式; 激光直接沉积TB6钛合金的沉积/热等静压组织仍为等轴晶, 但晶内析出针/束状α相, 其拉伸断口为穿晶断裂方式并存在大量韧窝; 热等静压导致激光直接沉积TB6钛合金的拉伸强度降低约200MPa, 而塑性提高1倍。该结果表明热等静压工艺可以有效调控激光直接沉积TB6钛合金的组织及性能。

采用自行研制的光纤激光选区熔化快速成型设备, 研究了选区激光熔化316L不锈钢粉末工艺参数、能量输入与样件致密度、表面形貌之间的关系以及微观组织特征。结果表明：扫描速度对成型效果影响最为显著; 样件致密度随着激光能量密度提高有逐渐增大的趋势; 能量密度作为选区激光熔化工艺的技术指标具有可操作性; 表面形貌由激光功率与扫描速度比值所决定。深入探讨了能量输入、熔化凝固行为、激光功率与扫描速度比值与样件致密度、表面形貌的关系。结果表明：选区激光熔化凝固组织层内、层间熔合处为弧形, 且为冶金结合, 金相组织主要由柱状晶与等轴晶组成, 层内靠近熔合线周围是柱状晶, 而层间靠近熔合线附近主要是细小等轴晶, 晶粒直径为1 μm左右。

为提高快速制造金属零件的效率,同时保证零件具有良好精度及一定的力学性能,提出一种基于选区激光熔化技术的变密度快速制造工艺:将零件分为壳体区及内部填充区两个成型区域,壳体区采用致密态工艺成型,内部填充区采用非致密态工艺成型。分析了非致密态组织与致密态组织之间的过渡工艺条件:通过调整工艺参数控制对固体基础的熔化量,可实现非致密态组织与致密态组织的切换。采用316 L不锈钢粉进行的成型实验表明,采用变密度制造工艺,相对于仅采用致密态成型工艺,成型效率大幅提高,成型件重量大大减轻,且合理设置壳体厚度后,成型件可获得足够硬度;对尺寸较大的零件,还能明显改善成型精度。

针对设计中难以求出用于激光快速制造的三维送粉头解析解的难题,借助有限元分析程序ANSYS,对其进行了强度分析和模态分析。然后采用安装有三维送粉头的横流式5kW CO2激光器和5轴数控机床,对35#钢进行了激光淬火和激光熔敷实验,所得结果验证了有限元分析的可靠性,所做的研究为送粉头的设计和改进提供了有益的参考。

为了研究钨极惰性气体保护焊(TIG)快速制造中金属结构成形的效果及工件变形情况，获取金属结构高度及其变化范围，通过对激光视觉传感所得到的图像进行分析，采用激光视觉检测的方法，制作了一种激光视觉检测系统。经与实验获得的实际金属结构高度数据对比，得到金属结构高度检测的误差在单道焊缝的自然成形的高度误差范围内的结果。结果表明，该方法可以比较有效地获得金属结构高度及母材工件变形情况。

基于激光制造技术相关理论，设计并制造了激光同轴转动三维运动光束头。分析了三维运动光束头工艺参数对熔覆效果的影响，并讨论了其在工业应用实验中取得的效果。结果表明，该三维运动光束头能绕竖直轴转动和水平轴摆动;在参数一定的条件下，随着光束头摆动角度的增加，熔覆效果越来越不理想，理想的摆动角度为0°～45°;配合送粉头的粉末流聚焦及焦点可调功能，该光束头可以实现曲轴、螺杆、叶片等复杂型面零件的制造和再制造。

选区激光熔化（SLM）是一种直接由金属粉末或陶瓷材料成型产品的快速原型制造工艺,它从CAD原型出发建构几乎100％致密、具有良好机械性能的原型。这就需要其核心部件激光器具有光束模式好、光斑细、响应速度快的特点,而光纤激光器比起传统采用的YAG激光器可以更好地满足这些要求,从而为光纤激光器在SLM中的应用提供了无限的发展空间。目前,采用固体光纤激光器的SLM设备已经能用低熔点合金、锌、青铜、不锈钢和工具钢生产零件或模具嵌件。