采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明，当流道截面尺寸小于2 mm时，激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压，这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外，随着流道截面的增大，圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象，而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因，而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明，基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末，并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后，初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。

采用激光粉末床熔融（LPBF）技术成功制备了TiC颗粒增强Inconel 718复合材料，并研究了TiC含量对Inconel 718复合材料成形质量、微观组织和力学性能的影响。研究结果表明：与Inconel 718高温合金相比，0.5%TiC/Inconel 718和1%TiC/Inconel 718复合材料块体不同表面的粗糙度增加量均控制在5%以内，0.5%TiC/Inconel 718复合材料的内部孔隙数量增加了37.5%，1%TiC/Inconel 718复合材料的内部孔隙数量增加了7.25倍；添加TiC颗粒后，复合材料的致密度降低，1%TiC/Inconel 718复合材料的致密度由Inconel 718的99.70%降低到99.32%；Inconel 718合金及其复合材料的组织均呈外延生长特征，其中复合材料中的TiC颗粒均匀分布于Inconel 718合金基体中；随着TiC含量的增加，复合材料的显微硬度逐渐增大，1%TiC/Inconel 718复合材料的平均显微硬度从Inconel 718高温合金的273 HV逐渐增大到302 HV。与Inconel 718合金相比，1%TiC/Inconel 718复合材料的抗拉强度和屈服强度分别提高了66 MPa和45 MPa。

在激光选区熔化（SLM）过程中，为了让零件拥有更好的成形质量，一般采用小层厚来进行打印，然而这会导致生产效率降低，不利于商业应用。为了解决激光选区熔化好的成形质量与高的生产效率相互矛盾的问题，通过优化工艺参数制备了不同铺粉厚度条件下的316L不锈钢试件。研究了不同铺粉厚度条件下工艺参数对致密度、粗糙度、力学性能和显微组织等的影响规律。对比三种铺粉厚度（30 μm、45 μm、60 μm）的成形情况可以发现：在优化后的工艺窗口条件下，铺粉厚度对SLM试样致密度的影响较小，不同铺粉厚度下致密度均能达到99.90%以上，且显微组织均未见明显缺陷。铺粉厚度主要影响试样的尺寸精度、表面粗糙度和力学性能。随着铺粉厚度的增加，尺寸精度和粗糙度不断下降，抗拉强度逐渐提高，60 μm铺粉厚度较30 μm铺粉厚度成形效率提高了35.71%。

通过改变成形工艺参数及热处理温度，对激光选区熔化TC4钛合金的成形质量进行了优化研究。结果表明，在试验选取的工艺参数下，均可成形得到致密度高于99.90%的钛合金试块。当铺粉层厚为40 μm、激光功率为200 W、扫描速度为1500 mm/s、扫描间距为0.065 mm时，致密度最高，可达99.993%。采用该参数成形的试块，其抗拉强度达1149 MPa（X/Y向）/1111 MPa（Z向），但塑性较低［8.1%（X/Y向）/5.1%（Z向）］，这与组织中存在的大量马氏体α'相有关。经热处理后，组织中的马氏体α'相逐渐分解为（α+β）相，在950 ℃时完全分解。随着热处理温度从650 ℃逐渐升高至950 ℃，试样强度逐渐下降、塑性逐渐升高，退火温度为950 ℃时，试样强度降为热处理前的78.9%（X/Y向）/80.5%（Z向），但延伸率提高了103.7%（X/Y向）/152.9%（Z向）。

为了揭示激光熔覆工艺参数对铁基TiC复合熔覆层成形质量的作用规律、优化激光熔覆工艺参数, 使用YAG固体激光器在60Si2Mn基体上激光熔覆铁基TiC复合涂层, 基于响应面法建立输出电流、脉冲宽度、扫描速率与熔覆层宽度、高度、熔池深度、宽高比、稀释率以及硬度之间的数学模型, 并对模型进行方差分析, 获得了工艺参数与成形质量之间的函数关系。结果表明, 输出电流和脉冲宽度对涂层宽度具有正相关性, 扫描速率与涂层宽度成反比; 扫描速率对熔覆层高度和熔池深度没有显著性影响; 涂层宽度与高度的比值随着输出电流的增大而增大; 输出电流对涂层稀释率影响最为显著, 脉冲宽度次之; 较高的输出电流和较大的扫描速率能够得到高硬度涂层; 经优化验证模型的误差均小于5%。该研究结果能够用于铁基陶瓷复合涂层成形质量的预测及优化激光工艺参数。

水平悬垂面是一种特殊的悬垂结构，也是选区激光熔化（SLM）成形技术存在的难题。结合图像处理的方法，研究了不同激光功率下其首层表面轮廓特征的成形特点和成形质量的关系。结果表明：使用“线”形扫描策略，首层表面存在与扫描方向呈一定倾斜角度且不同大小的亮斑和孔隙，并随激光能量的输入而变化；减小激光功率，首层表面孔隙变大，熔道间的结合强度变低；通过“旋转式”重熔的扫描策略可以提高首层表面抵抗外力变形的能力，并有效地避免成形面翘曲变形、塌陷现象发生。

针对高含量陶瓷相的熔覆层容易出现裂纹的问题，研究了不同工艺参数下Ni45+20% Cr3C2熔覆层的成形特性，为调节工艺参数制备出高含量陶瓷相的无裂纹熔覆层提供相应的理论指导。研究结果表明：随着激光电流的增加，稀释率、熔高及熔宽均增大，熔宽的增加值大于熔高的增加值，熔覆层的组织比较粗大，晶距较大，晶粒生长方式由细小的树枝晶向胞状树枝晶转变；在优化的工艺参数下（电流150 A，扫描速度200 mm/min，搭接率60%），熔覆层的稀率为25.3%，多道熔覆层的硬度值略低于单道熔覆层，但性能相对均匀稳定。对于高含量陶瓷相的熔覆层，适当放宽对稀释率的控制范围，通过调节工艺参数，可以获得无裂纹、成形质量较好的熔覆层。

为提高激光熔化沉积(LMD)技术对空心零部件的成形能力,优化成形质量,提出连续多姿态LMD成形方法。将原始空心球体3D模型分段进行路径规划,建立了相应的熔池数学模型,进行了空心球体的LMD实验,并系统分析了成形质量。结果表明:连续多姿态LMD成形方法可有效实现空心球体的成形,且随着沉积角α的增大,成形件尺寸的精度呈先升高后降低的趋势,侧方位封闭式沉积成形精度较差;成形件显微组织致密、晶粒细小,随着沉积角α的增大,晶粒尺寸呈先细化后粗化的趋势,而显微硬度则先升高后降低;台阶效应得到了有效缓解,各沉积角球面的平均粗糙度(Ra)低至6.55 μm,重熔处理后Ra达 1.1 μm。连续多姿态成形方法有效提高了LMD技术对复杂结构件及封闭件的成形能力,为拓展其应用领域提供了支持。

揭示热传导环境因素对熔覆成形质量的影响规律, 是指导高价值零件的高质量精确修复的前提。采用全因素试验法研究基体预热温度、基体接触导热系数、基体规格3个热传导因素对熔覆层宏观形貌、稀释率以及内部组织缺陷的影响规律。研究表明, 熔覆层稀释率随着基体预热温度增加及导热系数减小而增大, 基体规格影响不显著; 当基体预热300 ℃、导热材料为石棉、基体规格为40 mm×10 mm×5 mm时熔覆层表面光滑平整、内部无明显气泡裂纹, 组织生长均匀。研究结果为实现外部环境对熔覆涂层成形质量的控制及预测提供理论依据。