激光直接沉积技术由于制造尺寸不受限制、材料自由度高，可用于制造大型金属零件，但常规激光直接沉积技术难以同时兼顾打印效率和打印质量，极大地限制了该技术的推广应用。为此，高速激光直接沉积技术成为了研究热点。本文探讨了扫描速度和激光功率对Inconel 718激光直接沉积工艺特性的影响，分析了常规和高速激光直接沉积的表面形貌、组织特征、内部缺陷和力学性能的变化规律，最后指出了将高速激光直接沉积技术应用于三维增材制造中所面临的挑战，为今后高速激光直接沉积技术的发展提供了方向。

采用MSC Marc软件建立了热力耦合有限元模型，分析了激光直接沉积过程中的温度与应力变形的演变过程。考虑高温下钛合金的应力松弛行为，通过多次迭代修正了材料本构方程。同时，基于热电偶与激光位移传感器开发了成形过程中的瞬态实时测量装置，对钛合金薄壁件实际成形过程中的温度和变形进行了原位测量。对修正后的模型的模拟计算值和实测值进行比较与分析，结果表明：原位测量结果与模拟结果的温度误差仅为7.9%，变形误差为19.6%，基板变形的规律一致；沉积层总体呈拉应力状态，主应力方向与沉积方向一致。

使用额定功率为1 kW的光纤激光器开展了激光直接沉积机场供油管网材料的实验研究，研究了激光扫描速度对沉积层显微组织、硬度、耐蚀性及耐磨性的影响。显微组织和硬度的实验结果表明：随着激光扫描速度的增加，沉积层厚度减小，基体发生的翘曲变形角度减小，沉积层在路径2上的峰值硬度逐渐升高。耐蚀性和耐磨性的实验结果表明，沉积层的耐磨性和耐蚀性对激光扫描速度具有非协同响应：当激光扫描速度为10 mm/s时，沉积层具有较好的耐蚀性，自腐蚀电流密度为基体的27.76%；当激光扫描速度为12 mm/s时，沉积层具有较好的耐磨性，磨损率分别为6 mm/s和10 mm/s扫描速度下沉积层磨损率的52%和42%。

为了研究金属激光直接沉积工艺过程中工艺参量对工艺能效的影响, 采用自主研发的HCX60五轴激光复合制造机床开展工艺能效田口试验, 并对其结果进行了信噪比分析、极差分析以及方差分析, 得到激光功率、送粉量、扫描速率、提升量以及搭接率对工艺能效的影响主次关系, 提出了工艺因素优化组合。结果表明, 送粉量对工艺能效的影响最为显著, 最佳参量组合为激光功率P=500W, 送粉量f=28g/min, 扫描速率v=600mm/min,提升量h=0.6mm和搭接率λ=30%。这为研究增材制造工艺参量对工艺能效的作用及影响规律提供了理论借鉴和实验基础。

以Fe60合金粉末为原材料, 通过添加1%～5%的SiC形成复合合金粉末, 利用激光直接沉积技术在Q235钢表面制备SiC增强Fe60合金高耐磨涂层, 主要应用OM、SEM、EDS、XRD、显微硬度测试和摩擦磨损等分析手段对样品的组织结构及性能进行了研究。结果表明, 在优化的激光工艺参数: 功率1 700 W、扫描速度6 mm/s、送粉量8.8 g/min、搭接率30％、光斑直径4 mm×4 mm和300 ℃预热等条件下, 成功制备出了无裂纹缺陷厚度达到6 mm的Fe基合金涂层; 沉积层组织由等轴晶、枝晶、柱状晶组成, 主要由α-Fe、γ-Fe及Cr23C6、Fe2B、Cr3Si原位增强相组成; 发现在300 ℃温度下预热能够有效消除制备高C高Cr含量Fe基涂层易出现裂纹的难题; 当SiC添加量为3％时, 制备涂层具有最高的硬度达到1 072 HV, 比未添加SiC的合金涂层提高了284 HV, 具有良好的耐磨性能。

通过激光直接沉积成形技术制备不同Mo元素含量的Cr-Ni不锈钢, 对工艺参数进行优化, 并对Cr-Ni不锈钢合金进行成分设计与组织性能评价。采用半导体激光器直接沉积成形15Cr21Ni7双相不锈钢合金粉添加xMo(x＝0%、1%、2%、3%、4%), 在激光功率1 800 W, 激光扫描速度5 mm/s, 搭接率30%, 送粉率8.9 g/min的优化工艺参数下获得了长宽高分别为10 mm×10 mm×4 mm的不锈钢块体样品。利用光学显微镜、电子探针、X射线衍射仪、显微硬度计及电化学测试系统进行了沉积层的显微组织、成分、物相及显微硬度、耐蚀性分析。实验结果表明, 沉积层无气孔和裂纹等缺陷, 成形性良好; 沉积层的中部稳定, 显微组织主要由岛状枝晶、奥氏体枝晶和枝晶间区域为铁素体、奥氏体、合金碳化物的混合组织组成; 随Mo含量的增加, 沉积层的耐蚀性随Mo含量的增加先升高后降低, 当Mo含量达到3%时, 耐蚀性获得最高值: 自腐蚀电流密度为167.21 nA/cm2, 自腐蚀电位为－142.26 mV。沉积层的显微硬度随Mo含量的增加变化不大, 其平均显微硬度在340～390 HV。

利用激光直接沉积技术成形Ti60合金，研究热等静压—双重退火对激光直接沉积Ti60合金缺陷、组织及拉伸性能的影响。结果表明：激光直接沉积Ti60合金存在气孔和未熔合两种缺陷，经热等静压处理后，气孔和尺寸较小的未熔合缺陷消除；沉积态试样底部和中部为柱状晶，顶部为等轴晶，显微组织为魏氏组织，由板条α和板条间β组成；经热等静压—双重退火处理后，晶界α消融，大部分原始β晶界消失，α板条粗化，长宽比减小，显微组织变为网篮组织；与锻件相比，沉积态试样拉伸强度较高，塑性较低，经热等静压—双重退火处理后，其塑性达到了锻件标准。

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。