下一代**装备对先进飞行器航空机电系统提出了智能化、综合化、多电化、轻量化、高可靠等要求。传统产品设计、制造到验证的串联式方法已逐渐不能满足航空机电产品更轻重量、更低成本、更短研制周期的需求。因此，需迫切发展具备材料-结构-性能-功能一体化并联式设计与制造能力的金属增材制造技术。综述了激光粉末床熔融增材制造技术在液压、燃油和环控三类典型航空机电产品中的应用，总结了该技术在航空机电产品设计与制造中的应用优势及未来发展方向，为未来航空机电产品的轻量化设计与快速成形提供了技术指导。

利用光内送粉技术，基于法向分层的路径规划，结合层高测量系统，对不等高扇形结构件的激光熔覆成形实现了闭环控制。提出了一种分层分段控制的新方法，使成形件宽度一致。建立了速度比例-积分(PI)控制器，使实际总堆高达到了期望值，实现了结构件的高精度成形。

采用激光快速成形技术在纯钛基板上制备了Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3四元共晶合金成形体,测试研究了该合金成形体的微观组织、硬度、弹性模量和耐蚀性能，并与Ti_70.58Fe_29.42二元共晶合金成形体进行了对比。分析结果表明，在激光快速成形非平衡凝固条件下，Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3合金成形体的凝固组织是TiFe初晶和β-Ti+TiFe共晶组成的过共晶组织。与Ti_70.58Fe_29.42二元共晶合金成形体相比，Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3合金成形体的硬度提高了59.6%，弹性模量降低了30%，且在Hank′s溶液中展示出优异的耐蚀性。

利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5CrNi4Mo 模具钢试件，研究了激光成形5CrNi4Mo 模具钢的相变过程及其机制，分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM 成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：过高的η(387.5 J/m)引起球化效应，使得成形件内部含有残留孔隙，成形致密度降低；过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低，成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m 时，成形试件加工缺陷减少，成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变；原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性，降低马氏体临界冷却速度，从而确保了马氏体转变的顺利进行；随着η的降低，马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m，成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10^-5 mm³/(N?m)]。

采用连续点式锻压激光快速成形技术制备了TA15合金厚壁件，研究了不同退火温度对连续点式锻压激光快速成形TA15合金的显微组织以及室温拉伸力学性能的影响。分析了连续点式锻压塑性变形区大小及所制备TA15合金显微组织的形成机理，解释了退火过程中TA15合金层片组织转变为等轴组织的原因。实验结果表明，随着退火温度的升高，TA15合金退火组织等轴α晶粒体积分数越高，且晶粒尺寸越大，同时退火TA15合金强度降低、塑性升高。

选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting, SLM) 是最近十几年发展起来的一种先进快速成形技术, 利用高能激光束熔化金属粉末, 逐层堆积, 直接成形高性能复杂金属零部件。SLM可成形的粉末材料广泛, 其中铝合金作为轻金属材料有优良的物理、化学和机械性能, 在很多领域获得了广泛应用, 但是铝合金自身的特性(如易氧化, 高反射性和导热性等)增加了选择性激光熔化制造的难度。研究使用AlSi12铝合金粉末对SLM成形工艺优化做了一系列试验研究, 利用金相显微(OM)、电镜扫描(SEM)等方法分析了扫描轨迹和成形件的组织性能。采用不同工艺参数组合, 在铝合金基板上进行铝合金粉末单道熔化实验, 研究了激光功率、扫描速度对单熔化道形貌和宽度的影响规律; 最终单道实验得出的优化工艺窗口, 要求线能量密度在0.17～0.36 J/mm范围内。在优化的工艺窗口内, 实施单层多道扫描, 分析扫描间距和搭接率对单层形貌的影响规律, 并进一步优化激光功率和扫描速度参数, 得到较优工艺参数是激光功率140～180 W, 扫描速度700～1 000 mm/s, 扫描间距0.04～0.05 mm。最后, 实施块体成形, 分析了成形件致密度与线能量密度的关系, 并对成形件的性能作了微观表征, 从粉末特性和工艺参数两方面分析孔隙的成因。

研究了快速、精确制造金属模具的方法, 提出利用激光选区烧结(SLS)技术来快速制造高精度陶瓷型精密铸造用母模。首先, 采用正交试验法研究了激光选区烧结工艺参数对制件精度的影响, 确定了最佳激光烧结工艺。在此基础上利用浸水起模法替代传统的起模喷烧工艺对陶瓷型精密铸造工艺进行改进。结果表明, 选定激光烧结工艺参数为激光功率25 W, 扫描速度2.0 m/s, 扫描间距0.19 mm, 分层厚度0.25 mm时, 试样尺寸收缩率最低可达2%。采用陶瓷型浸水起模法起模容易, 起模后陶瓷型表面光洁, 在200 ℃焙烧温度下抗弯强度较高, 为0.361 MPa。这些结果表明, 利用SLS技术能够快速、准确地制造出陶瓷型精密铸造所需母模。

研究了激光快速成形(LRF)Rene 80高温合金厚壁件的凝固组织和裂纹的形成机理。结果表明，激光快速成形Rene 80高温合金的凝固组织为与沉积高度方向平行的定向凝固枝晶组织，由于凝固偏析，MC型碳化物和γ-γ′共晶组织分布于定向凝固组织的枝晶间区域。激光快速成形Rene 80高温合金厚壁件含有许多长度大于10 mm，扩展方向与沉积高度方向平行的宏观裂纹。分析表明，这些裂纹为液化裂纹，其形成原因为：激光快速成形时，紧邻激光熔池的热影响区(HAZ)内沿晶界分布的低熔点γ-γ′共晶组织发生熔化，形成热影响区内沿晶界扩展的晶界液相，在热影响区冷却过程中，由于热影响区内固相的收缩应力作用，沿晶界扩展的固液界面被撕开，从而导致液化裂纹的产生。

研究了激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能，以及热处理对激光快速成形凝固组织与3个相互垂直方向拉伸力学性能的影响。结果表明，激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能均明显低于其锻件拉伸力学性能，且表现出明显的各向异性。经过热处理的Inconel 718超合金试样，其沿沉积高度方向定向外延生长的柱状枝晶组织转变为晶粒粗大且不均匀的等轴状再结晶组织，随Laves相固溶消失及强化相γ″和γ′大量析出，3个相互垂直方向上的拉伸力学性能均大幅度提高，其中，与基板平行的两个相互垂直方向上的拉伸力学性能均达到Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准，但沿成形件高度方向，出现拉伸力学性低于Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准的试样。

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件，研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明，随着退火温度的升高，粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少，而β转变组织体积分数增加，且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明，经940 ℃/1 h，空冷热处理后，激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优；而当退火温度大于等于970 ℃时，其室温拉伸力学性能大幅度降低，拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明，室温拉伸断裂为脆性断裂。