采用脉宽为8 ps的超快激光器，结合高速相机原位观测，研究了超快激光作用G5级多孔玻璃过程中的材料去除行为。研究结果表明：在超快激光作用下，多孔玻璃材料出现剥离去除现象，加工过程中有大量粒径为几十微米的颗粒飞溅，材料去除效率约为K9玻璃的16.2倍。分析了扫描策略和加工余量对多孔玻璃微锥阵列形貌特征的影响，实现了高一致性和大锥顶锐度微锥阵列加工，平均锥顶尺寸达到20 μm。组装后的电喷雾推力器能够在3 kV电压下获得单个发射极90 μN的推力。

激光驱动微滴前向转移工艺在三维金属微结构打印方面具有重要的应用前景。脉冲宽度是影响微滴转移行为的一个重要因素，但是目前的研究对于不同脉宽下微滴产生以及沉积行为认识不够充分。本文以500 nm铜膜为对象，开展了5种不同脉宽下激光驱动微滴前向转移实验。研究结果表明，随着脉冲宽度的增大，获得完整微滴的激光驱动微滴前向转移工艺最低以及最高能流密度阈值逐渐增高，同时脉宽对沉积微滴形貌有显著影响。根据实验确定了不同脉宽下的激光驱动微滴前向转移工艺区间，并统计了不同脉宽下微滴沉积的材料转移比率。最后利用振镜线扫描方式实现大面积微滴阵列的制备。

增材制造具有产品开发快速性, 能够直接生产出具有复杂几何形状的金属零件, 同时显著提高材料的利用率、降低成本。增材制造零件在疲劳等关键性能上与锻件仍然存在一定的差距, 需要探寻有效的后处理方法。采用激光喷丸强化增材制造TC4钛合金, 研究增材制造TC4钛合金表面完整性改善效果, 并与同牌号常规锻造钛合金进行强化效果对比。结果表明, 激光喷丸对于两种材料表面粗糙度影响微弱。在硬度方面, 增材制造TC4的表面显微硬度从348 HV增加到367 HV, 影响层深度达0.75 mm, 而常规锻造TC4表面显微硬度从315 HV提高到362 HV, 影响层深度大于1 mm; 在残余应力方面, 激光喷丸在增材制造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为400 MPa, 受影响的区域深度约为0.75 mm, 而常规锻造TC4表面所引入的残余压应力最大值约为600 MPa, 受影响区域深度大于1 mm。此外, 利用阿基米德法测量出增材制造TC4的致密度为98.46%, 经过一次激光喷丸处理后提高到98.92%。与锻造TC4相比, 增材制造TC4组织相对疏松, 可能是导致激光喷丸所引入残余应力幅值较小, 影响层深度较浅的原因。

带筋整体壁板正代替传统装配壁板成为航天领域的重要结构件, 但由于筋条的约束作用, 其成形较为困难。激光喷丸成形因具有高应变率效应和较强成形能力, 是解决带筋整体壁板成形的重要工艺途径。详细阐述了基于固有应变的带筋壁板激光喷丸成形建模方法, 以航天典型网格壁板为例比较了三种不同建模方法的运算效率和精度。证明梁单元模型的计算分析效率相对较高, 壳单元适用分析筋条与壁板之间的相对变形。将上述模型应用于带筋壁板激光喷丸成形变形预测, 针对单筋壁板和网格壁板两种特征带筋壁板, 分析了筋条截面和筋条分布对带筋壁板激光喷丸成形结果的影响。证明网格壁板双向弯曲差异不大, 单向筋条有利于成形单曲率曲面, 且筋条高厚比和宽高比越小沿筋条方向直线性越好。

针对绿色造船技术发展对船用钢板表面清理除锈的工艺需求，研究基于光纤激光器的船舶板材激光除锈工艺。通过激光单线扫描除锈实验，得到沟槽轮廓几何特征量随激光能量密度的变化关系：在0.5~5 J/mm²能量密度范围内，单线扫描沟槽轮廓的深度、宽度、横截面积三个几何特征量均与能量密度近似呈线性关系。针对船舶板材表面除锈工艺要求，提出一种通过单线扫描沟槽轮廓特征来确定搭接扫描除锈工艺参数的方法。搭接扫描除锈实验结果表明该工艺参数确定方法在一定范围内有效可行，激光除锈能够达到船板涂装清洁度标准，并能满足表面粗糙度的要求，为激光除锈在船舶板材表面清洗中的应用提供了有效的工艺参数确定方法。

激光冲击成形技术用于微细薄板拉深成形，有望改善传统成形中的高昂模具费用及摩擦效应问题。采用纳秒高能短脉冲激光诱导冲击动态压力载荷，研究了激光能量密度在15.1~27.0 J/cm2范围内薄板工件的激光冲击动态拉深半模成形的变形量变化规律与成形极限，实验观察到了逆向形变的发生。分析结果表明表面逆向形变是工件在激光冲击载荷作用下撞击下模底面后反弹而产生的。进一步研究了激光能量密度对逆向形变的影响，提出了通过降低激光脉冲能量、由单脉冲到多脉冲作用的方法改善逆向回弹，有效实现了较高的模具贴合程度。

有限元分析(FEM)是预测激光冲击强化处理(LSP)后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法。通过对材料冲击响应过程的分析,建立了激光冲击强化处理的有限元分析模型,实现了激光冲击强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式分析得到的材料内部各种能量变化过程,结合应力波理论,验证显式分析过程的正确性,提出显式分析求解时间的选择方法;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与实验结果非常接近。数值分析结果表明,表面残余应力在冲击区域内分布比较均匀,表层的残余应力梯度较小;多次重复冲击后,材料的残余压应力明显增加,残余压应力影响深度也显著加深;随着冲击次数的增加,材料的残余应力场趋于饱和。