采用搅拌摩擦辅助激光定向能量沉积方法制备了AlSi10Mg合金块体，采用后续冷轧处理进一步提高了AlSi10Mg合金的强度，系统讨论了AlSi10Mg合金在加工过程中的组织演化，分析了其强韧性的演变机理。研究结果表明：在激光沉积态AlSi10Mg合金中，Si原子的固溶强化效果非常显著，合金的硬度高达109 HV，受气孔缺陷影响，激光沉积AlSi10Mg合金的强度低于200 MPa。搅拌摩擦加工可以细化激光沉积AlSi10Mg合金的柱状α-Al相和共晶相，形成等轴的α-Al晶粒和Si颗粒，α-Al基体中的Si原子脱溶析出，其硬度降低至75 HV，强度接近200 MPa，延伸率最高达到40%。轧制后，AlSi10Mg合金中的位错密度大幅增加，当变形量增加到68%时，AlSi10Mg合金α-Al晶粒被剧烈细化，合金的硬度被提高至116 HV，其强度可超过400 MPa，合金中的局部硬化区域导致其塑性变形能力下降，延伸率逐渐降低至25%。

激光选区熔化（SLM）过程工艺参数会直接影响熔道成形形貌及微观结构，从而影响成形结构的力学性能。针对AlSi10Mg合金在SLM成形过程中产生的缺陷，笔者采用试验方法研究了激光功率、扫描速度等成形参数对AlSi10Mg合金单、双熔道成形形貌的影响，并结合离散元-流体体积（DEM-VOF）法建立了介观尺度下SLM成形过程粉末床数值模拟模型，对低功率下熔道成形缺陷的成因进行研究。结果发现：激光线能量密度不足（线能量密度低于200 J/m）以及AlSi10Mg的易氧化性会严重影响熔道的连续性；在低扫描速率（200 mm/s）、高线能量密度（500 J/m）成形窗口下，熔池的连续性及表面平整度因受蒸气反冲压力的作用而降低，同时形成了深度可达100 μm的匙孔，影响了熔道形貌，并产生了孔隙缺陷。由数值模拟结果可知，提高预热温度至500 K可以降低粉末熔化所需的激光线能量密度，从而改善低功率下的熔道不连续现象。

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。

为提高仿人机器人的步行能效, 改善其动态平衡性能, 借助拓扑优化对机器人小腿进行轻量化设计, 小腿结构由分体装配式结构重新设计为一体化结构, 零件由11个减少为1个。通过相图热力学计算, 获得AlSi10Mg热物理性能, 在此基础上开展小腿的粉末床熔融增材制造AlSi10Mg工艺研究和粉末床熔融工艺仿真, 结果显示, 优化的激光工艺参数窗口为线能量密度90~210 J/m。在此基础上, 打印出成品, 最终实现了小腿打印件减重63.8%的目标, 满足了轻量化、一体化、力学性能和美观的统一。

采用激光熔化沉积（LMD）工艺对激光选区熔化（SLM）成型的AlSi10Mg合金进行连接，对连接区进行X射线检测，检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响，并探寻消除该缺陷的方法。结果表明：密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处，孔径为0~20 μm，气孔在X射线底片上形成了水印现象；密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材，从而影响了该处的力学性能；预热能够有效减轻该缺陷，使密集气孔均匀分散到整个连接区中，消除水印现象；预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高，熔合线处的显微硬度为90.8 HV，抗拉强度为287 MPa（达到了基材的76.5%），较未预热试样分别提高了45%和19%；预热前后拉伸试样均为脆性断裂，预热提高了试样的延展性，延伸率达到5.0%。

某甲烷泵壳体采用AlSi10Mg合金粉末选择性激光熔化成形, 即3D打印(three dimension printing)快速成形技术, 但在成形后发现有贯穿轮廓的层间裂纹。通过采用光谱仪及电感耦合等离子体ICP检测材料化学成分、万能试验机检测力学性能、体视显微镜分析裂纹宏观形貌、场发射扫描电镜分析断口微观形貌、材料显微镜检测裂纹处及成形件基体的金相组织, 结果表明, AlSi10Mg甲烷泵壳体激光成形件内腔表面裂纹实际为该铝合金壳体激光成形时的层间未熔合缺陷。其原因是激光振荡器不稳定导致功率过低和激光扫描速度过快。

利用原位合成的思路制备Ti-Ti3Al金属复合材料是提高钛基复合材料性能的好方法。通过选区激光熔化（SLM)技术和原位合成技术对不同混合比例的Ti-AlSi10Mg复合粉末进行成形试验,研究Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti3Al金属复合材料显微组织和力学性能的影响,并分析其物相、显微组织、显微硬度、耐磨性和拉伸压缩性能。试验结果表明：Al元素在成形过程中进入了Ti晶体中,形成了Ti-Al置换固溶体,对样件进行固溶强化,且会析出Ti3Al增强相颗粒。随着Al含量的增加,样件的力学性能逐步提升。显微硬度显著提高,当Al质量分数为10%时,硬度提升到538.56 HV,达到纯钛（220.59 HV）的2倍以上。耐磨性提高,样件的平均摩擦因数逐渐下降。抗压强度最高达到1 653.9 MPa,较纯钛样件提升164.48%,且优于退火后的纯钛板材（400~450 MPa）和SLM成形的TC4合金（1 128 MPa）。抗拉强度随着Al元素的上升,先上升后下降,但依然高于纯钛样件。通过原位合成思路与SLM技术的结合,对复合材料性能的提升具有重要意义。

为了研究选区激光熔化（SLM）工艺参数对AlSi10Mg成形性能的影响，在不同激光功率下成形了AlSi10Mg试样，采用扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、纳米压痕仪表征了AlSi10Mg试样的熔覆道、缺陷、相组成、组织、力学性能、断口形貌等。结果表明，在350 W激光功率下成形试样的致密度最大（为99.3%），孔洞缺陷最少，熔覆道搭接效果最好，细晶区的晶粒最细小，试样的综合力学性能最好：显微硬度为2.338 GPa，抗拉强度为371.9 MPa，延伸率为12.67%。

采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,研究了退火态合金的显微组织和不同开口方向紧凑拉伸试样的断裂韧性,分析了合金显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:退火态合金中仍存在明显的组织各向异性,不同开口方向试样的断裂韧性出现差异;X-Y与Y-Z开口方向试样的断裂韧性相当,其J积分值和裂纹尖端张开位移分别约为430 kJ/m ²和0.8 mm,而Z-Y开口方向试样的仅约为250 kJ/m ²和0.47 mm。由于熔池边界附近的组织相对粗大,小角度晶界比例较高,故Z-Y开口方向试样的裂纹倾向于沿熔池边界扩展,导致断裂韧性较低;而熔池内部组织相对细小,大角度晶界比例较高,因此X-Y与Y-Z开口方向试样在裂纹穿过熔池内部扩展时表现出的断裂韧性更好。

为提高选区激光熔化成形AlSi10Mg零件力学性能, 文中通过球磨法获得Sc-AlSi10Mg复合粉末, 并研究成形试样的相成分、微观组织、显微硬度、拉伸性能和耐蚀性能。对相同工艺参数下成形的试样进行对比, 0.5%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样显微硬度最高, 由146.89 HV提高到174.88 HV, 增长19.06%。0.1%(质量分数)Sc-AlSi10Mg试样拉伸性能最好, 极限拉伸强度由370.20 MPa提高到420.98 MPa, 提升13.72%; 延伸率由8.96%提高到10.27%, 提升14.62%。Sc-AlSi10Mg试样的耐蚀性能也有所增强。结果表明：添加稀土元素钪能细化选区激光熔化成形AlSi10Mg试样晶粒, 通过细晶强化作用提升性能, 这对其应用在航空航天、汽车等领域具有重要意义。