激光增材制造过程中的快速冷却，导致成形零件一般具有较高的残余应力与亚稳态结构。因此，优化热处理工艺对提高成形零件的使用性能至关重要。研究了选区激光熔化（SLM）TC4钛合金经不同热处理（退火、固溶、固溶时效）后的显微组织演化规律及拉伸性能特征。在实验过程中，首先对致密度优良的SLM TC4钛合金进行了不同制度的热处理，再分别对不同状态的样块进行宏观和微观结构、力学性能及断口组织的表征。实验结果表明，沉积态的SLM TC4钛合金显微组织主要为粗大的β相柱状晶，柱状晶内部为大量的、细小的α′相针状马氏体和α相板条间少量的β相颗粒。退火态α′相针状马氏体分解，重新形核长大为α相和β相。固溶态α相发生粗化后呈短棒状。固溶时效处理样品时，其显微组织为呈弥散分布的较均匀的（α+β）相，其中α相粗化为板条状，β相分布在α相周围。沉积态SLM TC4钛合金的强度最大，延伸率最低。沉积态和热处理态SLM TC4钛合金均没有织构。沉积态SLM TC4钛合金的抗拉强度为1238.75 MPa、屈服强度为1080.00 MPa、断后延伸率为8.85%。综合分析得到，三种热处理态SLM TC4钛合金的抗拉强度、屈服强度均有所下降，而断后延伸率有所提高。SLM TC4钛合金分别经过三种热处理后，其断裂方式从沉积态的韧性-脆性混合断裂转变为韧性断裂。

钛基复合材料具有高弹性模量、高比强度、高耐磨性和优异的高温耐久性等特点，在航空航天领域有良好的应用前景。采用低能球磨制备了纳米TiC颗粒与TC4的复合粉体，然后使用选区激光熔化（SLM）制备了TiC/TC4钛基复合材料，分析了不同体能量密度（29~97 J/mm³）对复合材料成形质量、显微组织、显微硬度的影响，并总结了组织演变机理和TiC演变过程。结果表明，成形该复合材料的最佳体能量密度为50~70 J/mm³，在该范围内试样的最高相对密度可达99.7%，显微硬度为385~392 HV。横截面上，显微组织的晶粒呈特殊的双尺寸分布，即由初生β等轴晶和沿其外围生长的不规则共晶区组成；纵截面上，显微组织呈鱼鳞状形貌分布且熔池内存在大量流纹状组织。复合材料中存在未溶TiC（主要分布于初生β晶界附近）、共晶TiC（主要呈链状网络分布于共晶β晶界）以及沉淀析出TiC（主要呈颗粒状分布于晶粒内）。随着体能量密度的增加，链状共晶TiC向棒状转变，晶内TiC尺寸长大。共晶TiC与β-Ti没有取向关系，共晶TiC、沉淀析出TiC与α'-Ti均存在明显取向关系，即｛11-20｝α'-Ti∥｛110｝TiC。

为探究热处理温度对316L不锈钢冲击韧性及其各向异性的影响，利用选区激光熔化（SLM）技术制备了不同成形取向的316L冲击构件，并比较了SLM态、1050 ℃热处理态以及1100 ℃热处理态的冲击韧性和微观组织结构。结果表明，按冲击韧性从大到小排列，依次为SLM态、1100 ℃热处理态、1050 ℃热处理态。随着热处理温度的升高，冲击断口的韧窝逐渐增大。对于SLM态，XY-Z样的冲击韧性比XZ-X样和XY-X样更好，但热处理之后XY-Z样的冲击韧性反而最差。同时，热处理之后亚晶组织逐渐消失，夹杂物粗化，晶粒尺寸增大，大角度晶界增加，逐层制备的多层结构被破坏，晶粒织构发生变化，这些微观组织的变化与冲击韧性密切相关。

选区激光熔化(SLM)技术在加工中空薄壁结构方面具有巨大优势, 通过刚度理论计算并设计中空等刚度薄壁结构, 依据试验和数值模拟结合的方法验证设计的正确性。结果表明, 在弯曲载荷下, 变形区域主要集中在弯矩最大的中线处附近, 在相同力加载下, 所设计的三种空心矩形截面薄壁结构零件的位移几乎相同, 对于单薄壁结构零件, 由于弹性模量低于实体块零件的弹性模量, 导致其中心所产生的位移小于空心矩形截面薄壁结构零件。对薄壁结构有限元模型的弯曲过程进行仿真, 获得的等效应力应变等模拟结果与试验结果吻合。研究结论可以为SLM加工薄壁结构时进行截面设计提供理论支撑。

采用选区激光熔化（SLM）技术制备了三种高刚度镍钛合金点阵结构（带有Z轴增强支柱的体心立方结构-BCCZ、带有Z轴增强支柱的面心立方结构-FCCZ、带有Z轴增强支柱的面体心立方结构-FBCCZ），研究了结构类型和微观缺陷对疲劳性能的影响。试验结果显示：FBCCZ结构的疲劳性能最优，最大压缩应力为25 MPa时，实现10⁷次加载循环；BCCZ和FCCZ结构的疲劳性能较差，最大压缩应力为15 MPa附近时，实现10⁷次加载循环。分析结果表明：循环加载应力较大时，FBCCZ结构疲劳寿命最优，FCCZ 次之，BCCZ 最差，此时点阵结构的单胞类型对疲劳性能的影响显著，结构的变形程度和应力集中程度越小，疲劳性能越好。循环加载应力较小时，FCCZ 结构和 BCCZ 结构的疲劳寿命逐渐接近。此时单胞结构对疲劳性能的影响减弱，微观缺陷对疲劳性能的影响增强，试样中的孔洞缺陷在循环加载过程中将促进疲劳裂纹的萌生，降低疲劳性能。

利用选区激光熔化制造金属零件时，悬垂构件的可制造性和成形质量与添加的支撑结构密切相关。采用热弹塑性有限元分析方法，研究了不同支撑类型的热传导特性，并通过试验揭示了支撑类型对316L试件翘曲变形、表面形貌、显微组织及显微硬度的影响规律。结果表明：块状支撑的散热性能优于锥状支撑，将试件峰值温度降低了6.7%，温度振荡幅度降低了41.07%，而其较好的导热性能使试件下表面粗糙度降低了6.23%，同时悬垂区域金属组织中出现了细化晶粒（18.42 μm）及脆而硬的网状Cr、Ni相，显微硬度提高到234 HV。锥状支撑将试件变形降低了1 mm，而试件底部较少的气孔缺陷使硬度波动降低了14 HV。分析认为，组合支撑中增加块状结构的比例有利于提高试件成形精度和力学性能，增加锥状结构的比例有利于减小试件翘曲变形程度。

随着激光增材制造技术的快速发展，具有轻质高强和性能可控的点阵结构成为航空航天、骨科医疗等领域的研究热点。三周期极小曲面（TPMS）点阵结构的平均曲率为零，具有消除应力集中和提高结构强度的优点，是轻量化多功能结构材料的理想候选者。本团队采用一种新的曲面偏移方法设计了金刚石（Diamond）、初始晶格（Primitive）、螺旋二十四面体（Gyroid）和体心立方（I‐WP）4种TPMS点阵结构，并采用选区激光熔化（SLM）完成了Ti‐6Al‐4V样件的制备，同时建立了基于Johnson‐Cook的有限元仿真模型。点阵结构的仿真结果在受载进程的线性增长、应力降、应力平台各阶段均还原了实验过程，证明了有限元仿真模型的良好预测性，揭示了优化点阵结构在压缩过程中表现出的逐层坍塌的变形行为和连续塑性断裂模式。得益于曲面偏移设计产生的截面系数增加，4种TPMS点阵结构的压缩性能和能量吸收都获得了较大提升，其中I‐WP点阵结构的强度提升了244.9%，能量吸收提升了312.7%。

选区激光熔化（SLM）是增材制造成形的主要工艺方式，其应用越来越广泛。影响其成形性能的主要因素是工艺参数组合方案，而扫描方式是其中的一个关键参数。本文以两种最常用的扫描路径为研究对象，深刻揭示其热力影响规律。首先建立符合SLM工艺特点的热力耦合仿真模型，并基于有限元软件进行二次开发，实现不同路径的仿真模拟；然后以一组工艺参数为例进行了仿真，结果表明，条纹式扫描轨迹的熔池几何和热应力均大于棋盘式；最后，通过熔道形貌与残余应力测试等多组试验数据均验证了仿真结果的正确性。该研究探明了扫描轨迹对SLM成形热力的影响关系，并为工程实践应用提供了一种高效的工艺仿真方法，从而便于进行SLM成形质量预判分析。

利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等方法, 对比研究了热轧和选区激光熔化(SLM)成形316L不锈钢水平面(X-Y面)和建造面(X-Z面)显微组织特征。结果表明, 两种方法制备的316L不锈钢均主要由奥氏体相组成。与轧制合金相比, SLM制备的316L不锈钢有着更多的低角度晶界和亚晶界, 位错密度更大。其中, SLM成形316L不锈钢X-Y面存在平行于(110)方向上的织构, X-Z面存在平行于(001)方向上的织构。X-Y面上晶粒取向偏离(001)方向, 可能与重熔过程中复杂的热流有关; X-Z面在(001)方向上存在织构且在(001)的织构指数最大, 这是因为在SLM成形过程中, 晶体的生长方式与建造方向平行, 且晶粒沿着(001)方向散热最快, 因此晶粒沿(001)方向呈择优生长。

为明确胞元尺寸对正六边形薄壁蜂窝结构的轴向承载与压缩性能的影响, 通过选区激光熔化制备了直径10 mm、高度15 mm、壁厚0.1 mm、填充胞元尺寸分别为1.75 mm、2.25 mm、2.75 mm和5 mm的正六边形18Ni300薄壁正六边形蜂窝试样, 通过轴向压缩分析了试样的承载能力和缓冲吸能性能。结果表明, 胞元尺寸2.25 mm以上的试样压缩时发生叠缩变形, 且随着胞元尺寸减小, 单位体积承载力和比吸能增加; 但当胞元尺寸减小到1.75 mm时, 试样压缩时发生外翻撕裂破坏, 单位体积承载力和比吸能显著下降。