高铜合金(也称高强高导铜合金)同时具有高导热导电性和高强度，其复杂零件在航天航空、石油化工、**装备及海洋舰艇等领域的应用十分广泛。由于对激光吸收率极低、热导率极高，激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)成形高铜合金的研究才起步。利用2000 W高功率光纤激光器作为光源，成形了QCr0.8高铜合金，研究了工艺参数对其致密化行为的影响，获得了致密的优化工艺参数，在此基础上，研究了其组织和性能。研究结果表明：当工艺参数不当时，SLM成形QCr0.8高铜合金会产生圆气孔和不规则的未熔合孔洞，前者出现在输入激光能量过高、出现深熔模式熔道时，后者出现在输入激光能量不足、扫描间距太小及搭接率太大时。优化的工艺参数为：激光功率2000 W，扫描速度600 mm/s，扫描间距0.20 mm，铺粉层厚0.05 mm。采用优化的工艺参数成形的高铜合金的致密度可以达到99.9%。其XOZ面的微观组织是沿成形方向生长的柱状晶，XOY面的微观组织可以分为细晶区与粗晶区，采用扫描电镜(SEM)可以观察到细小的胞状晶组织。沉积态时抗拉强度为234.7 MPa，屈服强度为173.9 MPa，延伸率为26.0%，导电率为国际退火铜标准(IACS)的37.8%；经过时效热处理后，抗拉强度为468.0 MPa，屈服强度为377.3 MPa，延伸率为19.2%，导电率为IACS的98.3%。研究成果为复杂高铜合金零件的制备提供了新方法。

激光选区熔化（selective laser melting，SLM）增材制造过程中，由高温梯度诱导的高热应力引起零件发生变形，严重影响SLM成形零件的尺寸精度，已成为阻碍其工程应用的主要障碍。基于等效层思想并考虑随温度变化的热物性参数，建立了SLM成形大尺寸热-结构间接耦合有限元数值模型，研究了SLM成形典型结构的变形分布。研究结果表明，薄板、倾斜板、方块、圆柱和三棱柱等典型结构均呈现内凹陷变形，并且最大内凹变形量位于零件侧边中部位置。模型预测变形结果与试验吻合良好，两者误差小于±20 μm。研究结果可为SLM成形的变形和尺寸精度控制提供理论指导。

17-4PH不锈钢应用十分广泛。采用激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)技术可以无需磨具直接制备形状十分复杂的高性能金属零件。系统地研究了工艺参数对SLM成形17-4PH不锈钢的相对密度、尺寸精度和表面粗糙度的影响。结果表明: 扫描速度对以上参数的影响很大。随着扫描速度的增加, 相对密度先增加后减少, 尺寸偏差减少。随激光功率增加和层厚减小, 其相对密度和尺寸偏差均增大, 扫描间距的影响不明显。当扫描间距较小时, 随扫描速度增加, 表面粗糙度先增加后减小; 当扫描间距较大时, 随扫描速度增加, 表面粗糙度先减小后趋于稳定。优化的工艺参数下, Ra可以小于10 mm。

离焦量和激光能量的空间分布对激光加工质量有着重要的影响,通过调节扩束镜镜间距来满足不同加工材料对离焦量的不同需求是激光加工中常用的方法。通过使用ZEMAX软件分别在序列模式和非序列模式下对激光加工的光路系统进行建模,其中扩束镜是由双透镜组成的伽利略透射式系统,在仿真环境下测量了扩束镜不同镜间距和倾斜度对应的焦点位置和工作面光斑能量分布情况。结果表明:离焦量与镜间距变化量呈线性关系,离焦量随镜间距变化量的减小而减小;负离焦量随倾斜度的增大而增大。工作面上光斑的峰值功率随着扩束镜镜间距和倾斜度的增大而减小,镜间距改变带来的影响远大于倾斜度的影响。工作面上光斑位置的偏移量与倾斜角呈线性关系。光斑模式始终为基模高斯分布。实验测量了扩束镜不同镜间距下的离焦量和工作面光斑能量分布情况,实验结果与仿真结果较好得吻合。

随着轻量化、结构功能一体化的强劲需求, 高强铝合金复杂精密零件在航天航空等领域应用广泛, 但因其焊接性能和铸造性能差, 传统加工方法难以制备。激光选区熔化成形(SLM)技术是制备该类零件的最有前景的新方法。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化、含大量易烧损合金元素, 有很强的热裂倾向, 成形难度极大, 因此目前其SLM成形技术远落后于其他材料。但是由于其广阔的应用前景, 近几年发展迅速。总结了国内外高强铝合金激光选区熔化成形的研究现状、发展趋势及存在的主要问题。

激光选区熔化(SLM)成形中, 常产生边缘位置高于内表面即边缘堆高现象, 边缘堆高将会对SLM成形过程产生不良影响。理论分析了SLM成形中边缘堆高的产生机制, 提出了轮廓-实体和边缘重熔两种控制方法。进一步研究了这两种控制方法下工艺参数, 如边缘宽度、边框厚度、扫描速度和激光功率, 对堆高高度的影响。结果表明: 两种方法均能有效地消除边缘堆高。对于轮廓-实体控制方法, 堆高高度随扫描速度的增大而减小, 随激光功率的升高而增大, 轮廓间距对边缘堆高无影响; 对于边缘重熔控制方法, 堆高高度随扫描速度的增大而减小, 随激光功率的升高而增大, 随边框厚度的增大而增大。

利用激光选区熔化（SLM）技术制备了Al-Cu-Mg合金。研究了激光线能量密度对SLM成形试样致密度的影响。在近乎全致密试样的基础上，研究了SLM成形Al-Cu-Mg合金试样的显微组织和力学性能。通过热处理工艺提高了试样的力学性能。研究表明，激光线能量密度为2.4 kJ/m时，成形试样的致密度最高，达到99.8%，近乎全致密。成形试样显微组织由极其细小的过饱和胞晶构成。在细晶强化和固溶强化作用下，成形试样的抗拉强度为401 MPa，屈服强度为252 MPa，延伸率为6.5%；T4热处理后，在析出强化的作用下，抗拉强度提升至532 MPa，屈服强度提升至338 MPa，延伸率提升至13%。

为了得到性能良好的Al-Si合金零件, 对选区激光熔化成形Al-Si合金的成形特性以及成形试样中裂纹进行了研究, 得到了成形样致密度和工艺参量的关系以及裂纹的形成机制。在合适的工艺区间内, 随着激光能量密度的增大, 致密度先上升后下降; 大部分试样底部存在沿熔覆层扩展的冷裂纹; 其形成机制是Al-Si合金粉末成形过程中, 生成大量共晶Si相, 使材料的抗裂性能不足以抵抗成形过程中的高温度梯度导致的残余应力所致。结果表明, 通过调整成形工艺参量, 可以得到无裂纹的性能良好的成型零件。

采用波长为1.06 μm的脉冲激光进行了除锈工艺研究。主要研究了激光扫描速度、脉冲重复频率、扫描方式、离焦量、扫描线间距等工艺参数对于锈层清除率的影响, 最后获得了优化的工艺参数, 并采用该参数除锈的样品与砂纸打磨样品进行了抗腐蚀性能和拉伸力学性能对比。研究结果表明: 过高的扫描速度和脉冲重复频率, 无法清除锈层; 而过低的扫描速度和脉冲重复频率, 虽然能够很好的除去样品的锈层, 但是会对除锈后的表面造成二次氧化。离焦量和扫描线间距会影响相邻脉冲光斑的重叠程度, 这两个参数也应该选择合适的组合, 过大的重叠会引起二次氧化。采用慢、快扫描速度和低、高脉冲重复频率交替、多次扫描以及每次扫描旋转一定角度的方式更有利于去除船用钢板上的深厚的锈蚀。激光除锈后的船用钢材的抗腐蚀性能是用砂纸打磨的样品的2～3 倍。

采用将有限体积法求解三维层流传热方程获得的温度场耦合到ANSYS进行热变形分析的方法，研究了流道截面形状和尺寸对微通道水冷镜内传热现象和镜面热畸变的影响。计算了矩形、梯形、圆形3种截面形状以及3种不同水力直径(百微米量级)下微通道水冷镜的平均换热系数、温升和镜面热变形。结果表明，同一条流道，各壁面温度并不随激光辐照面和镜面呈对称分布，最高温度偏向下游；侧壁的换热系数最大，且沿水流方向逐步减小；流道距进水口距离越大，其换热系数越小。在3种截面形状微通道中，减小截面尺寸可获得较大换热系数，且梯形截面微通道水冷镜能获得最小的镜面热变形量，在热流密度为14730 W/m2，水力直径为239 μm，入口速度为2.54 m/s的条件下，其镜面热变形仅为0.016 μm。