重点研究了激光选区熔化成形纯锌（Zn）的微观组织和力学性能的各向异性及产生机理。分别对垂直和平行两个构建方向的纯锌试样进行了试验研究，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射仪（EBSD）对晶粒尺寸、形貌、取向和分布进行了表征。结果表明：纯Zn试样在垂直平面上存在粗柱状晶，平均晶粒尺寸约为17.24 μm，晶粒取向优先沿0001方向生长；在水平平面上则表现为等轴晶粒，表现出较弱的101ˉ0与112ˉ0纤维织构，等轴晶的平均晶粒尺寸为10.21 μm，相比垂直平面减小了约40.8%。沿水平平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为123.5 MPa和11.7%，而沿垂直平面成形的试样的极限抗拉强度和延伸率分别为108.0 MPa和14.1%。SLM成形纯锌在微观结构与力学性能上均存在明显的各向异性：沿水平平面成形的试样的强度高，归因于更细小的晶粒尺寸和更大的初始位错密度；沿垂直平面成形的试样的延展性更好，则是因为更多的高角度晶界有效阻碍了裂纹偏转。研究结果揭示了激光选区熔化增材制造纯Zn的微宏观各向异性机理，为Zn在医用植入物中的应用提供了理论参考。

为了研究不同的扫描模式对激光选区熔化（SLM）成形质量的影响，采用自主研发的双激光同步扫描激光选区熔化设备，在单激光扫描、双激光低功率同步扫描、双激光高速同步扫描模式下制备了316L不锈钢样件，对比了三种模式下的成形质量，分析了三种模式下飞溅形态、熔池形貌以及样件力学性能的差异。结果表明：采用双激光低功率（110 W）同步扫描时，由反冲压力引起的飞溅增多，熔池尺寸均匀且排列整齐；随着单束激光功率从95 W提升至120 W，样件的致密度从98.91%提升至99.32%；样件的微观组织主要由宽度为0.65~0.75 μm的柱状亚晶与等轴亚晶组成。采用双激光高速（2000 mm/s）同步扫描时，熔池深宽发生较大变化，搭接率由单激光扫描时的30%提升至50%以上，柱状亚晶的平均尺寸由单激光扫描时的0.50 μm降到0.35 μm。两种双激光同步扫描模式下成形样件的力学性能与单激光扫描模式下的相当，致密度达到99%以上，抗拉强度均超过720 MPa，延伸率超过40%。双激光高速同步扫描使得成形效率相较单激光扫描提升了一倍，为大尺寸激光选区熔化设备的扫描策略设计提供了新思路。

金属增材制造技术具有高效成型、节省材料和短加工周期等优点，能突破传统制造工艺的局限生产出空间结构复杂的构件，深受汽车工业、航空航天和医疗器械等领域的青睐。然而，增材制造技术在成形过程中产生的未熔合、裂纹和孔洞等缺陷限制了增材制造技术在工业上的推广与广泛应用。因此，金属增材制造产品的质量控制特别是在线监测具有重要意义。超声检测是材料内部缺陷最常用的手段。相较于传统超声无损检测技术，激光超声无损检测具有非接触、灵敏度高和适用于恶劣环境等优势，可以实现快速在线监测。本文扼要地介绍了金属增材制造和激光超声无损检测的技术特点，分析了激光超声的两种作用机制，简单地介绍了激光超声无损检测的原理和检测系统的搭建，系统地总结了国内外激光超声无损检测在普通金属材料和增材制造材料上的应用进展，并对激光超声无损检测技术应用于增材制造过程进行了展望。

激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion, LPBF)成形工艺的特殊性决定其在生产过程中存在巨大的温度梯度、剧烈的物相变化以及极不稳定的熔池，易使零件产生内部质量缺陷，而这些缺陷会直接影响零件的成形质量和力学性能。从致密度和残余应力两个角度出发，对LPBF成形零件的内部质量缺陷进行分类并对其典型特征、形成机理及其造成的影响进行论述。此外，分别讨论了成形工艺调控方式和新型复合制造调控方式对缺陷的调控作用，其中激光波长和光斑形貌的调整、增减材复合和多能量场复合的调控方式在未来有望成为LPBF成形工艺内部缺陷调控的重要研究方向。

为了研究送粉式激光增材和铣削减材复合制造零件的表面质量及力学性能，以316L不锈钢粉末为原料，通过“增材-减材-增材-减材”交替循环的方式进行样件的制造，并对其表面粗糙度、显微硬度和力学性能进行分析测试。结果表明：送粉式激光增材和铣削减材复合制造样件的表面粗糙度随着铣削速度的增大而下降，随着每齿进给量的增加而增大；送粉式激光增材和铣削减材复合制造样件的表面粗糙度较传统工艺生产的基板试样更低，显微硬度较增材制造样件和锻造件更高，抗拉强度和屈服强度比增材制造样件分别提高了5%和60.5%，但断后伸长率却有所降低。送粉式激光增材和铣削减材复合制造技术能够制造出具有高表面质量和优良力学性能的零件，可直接应用于316L不锈钢轮胎模具等零件的制造。该技术充分融合了增材制造的高材料利用率、高自由度以及减材制造的高精度、高表面质量优势，可以获得结构复杂、形状精度和表面质量高的零件。

镍钛合金是一种常见的智能材料,具有优良的形状记忆效应,在航空航天、医学和电子等领域具有广泛应用。激光选区熔化技术能够突破传统制造工艺的局限,成形出形状复杂且性能优异的镍钛合金构件,使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上实现可控变化,是“4D打印”的研究热点方向之一。本文简要介绍了激光选区熔化成形镍钛合金的国内外研究进展与技术现状,分析了成形工艺、热处理工艺等对镍钛合金成形件相变温度以及形状记忆效应和超弹性两大性能的影响,总结了激光选区熔化成形镍钛合金较为适宜的工艺参数,并对SLM成形镍钛合金的未来发展进行了展望,为镍钛合金激光选区熔化“4D打印”提供参考。

为解决复杂结构金属梯度材料零件制造技术的难题, 对成分梯度材料零件的激光选区熔化成型方法展开了研究。通过零件梯度设计法结合多组扫描路径数据文件及一个txt格式文件, 实现了成分梯度材料零件增材制造数据的获取; 通过双轴摆动的粉末实时混合均布装置实现了梯度成分粉末的实时混合及均布; 采用柔性清扫回收原理解决激光选区熔化制造梯度材料零件时同层内不同粉末的清理回收问题。利用自主研发的梯度材料零件激光选区熔化成型系统展开了实验验证。获得了4340+CuSn10梯度材料零件, 颜色上呈明显的梯度过渡, 对其前侧面及上表面进行EDS分析, 发现中间3个梯度区域Fe的平均质量百分比在垂直方向分别为4.94%, 36.49%, 59.16%, 在水平方向分别为1288%, 41%, 53.59%, 在不同层之间、同一层不同区域之间均呈梯度变化。该方法可实现成分梯度材料零件自由增材制造, 为该类零件的制造提供了新的选择。

为解决当前激光选区熔化成型过程难以按需在零件上自由布置不同材料的难题, 基于多漏斗供粉+柔性清扫回收粉末原理, 对异质材料零件激光选区熔化增材制造技术展开了研究, 详细探讨了成型机理、粉尘污染防范机制及异质材料数据处理方法。采用CuSn10,4340两种不同的合金材料进行了工艺实验验证。实验表明, 该方法能自由地在不同层间或同层内不同区域按需布置不同的材料; 所得块状异质材料零件的铜合金材料区域Fe元素的平均质量百分含量可控制在2%以下, 钢材料区域Cu元素的平均质量百分含量可控制在1%以下; 成功成型了一个具有复杂外形及微细材料区域特征的异质材料齿轮零件, 零件异质材料区域不受零件复杂外形限制, 可自由按需布置材料, 0.5 mm宽的层内异质材料区域也能被较好地表达出来, 尺寸误差不超过±0.1 mm。该方法可以有效解决激光选区熔化成型过程中异质材料布置的难题, 实现异质材料零件成型。

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。

为了解决激光选区熔化成型零件时扫描线过长导致的层内累积残余应力过大、易发生翘曲变形和裂纹等问题，提出了一种分区扫描策略。采用S形正交扫描策略和分区扫描策略分别规划了零件扫描路径,实验验证了分区扫描策略的有效性。实验结果表明,采用分区扫描策略能有效降低边界拉应力,减小平面残余应力波动，提高成型件的力学性能。