采用激光粉末床熔化成形增材制造技术制备了具有点阵结构的316L不锈钢、TC4钛合金和铜合金三种不同材料的热交换器。采用微纳计算机断层扫描（CT）技术对制备成形后的点阵结构热交换器进行三维图形的重构，获得热交换面积的数值；测量了激光粉末床熔化成形的点阵结构热交换芯体的尺寸及表面粗糙度；使用由加热单元、流动水和热电偶组成的试验装置（水流量为0.5 L/min，入水口温度恒定为22 ℃，环境温度为25 ℃，加热单元的加热功率维持在400 W），对热交换器的换热性能进行了测定。测试结果如下：三种材料的热交换芯体尺寸均达到了150 mm×150 mm，尺寸精度控制在±0.1 mm，表面粗糙度（R_a）小于10 μm，热交换效率>1000 m²/m³。相比传统的具有相同芯体尺寸的热交换效率为875 m²/m³的板翅式热交换结构，三种材料的点阵热交换结构（具有相同点阵结构、尺寸、结构表面积和结构表观体积，未考虑材料的热物性参数）在热交换效率提高10%的情况下，体积减小了24.9%，质量减少了66.6%。

采用激光选区熔化对316L不锈钢粉末进行点阵结构的增材制造试验，确定了简单立方点阵结构的最小特征尺寸。设计了四种点阵单胞构型，采用Materialise Magics 软件模拟不同点阵单胞构型、填充密度与热交换效率之间的关系，优选出了具有较优热交换效率的点阵单胞构型。在此基础上，按三种不同密度进行填充，采用Materialise Magics软件分别计算点阵结构热交换面积。并按优选的点阵单胞阵型、以三种不同密度对316L不锈钢粉末进行激光选区熔化的增材制造制备。采用微纳计算机断层扫描技术对制备成型后的点阵结构进行三维图形的重构，获得该点阵结构的热交换面积。分别计算并对比热交换效率的数模预测值与实测值可知，316L不锈钢点阵结构热交换效率的数模预测值与实际测试值偏差约为11%。

通过改变成形工艺参数及热处理温度，对激光选区熔化TC4钛合金的成形质量进行了优化研究。结果表明，在试验选取的工艺参数下，均可成形得到致密度高于99.90%的钛合金试块。当铺粉层厚为40 μm、激光功率为200 W、扫描速度为1500 mm/s、扫描间距为0.065 mm时，致密度最高，可达99.993%。采用该参数成形的试块，其抗拉强度达1149 MPa（X/Y向）/1111 MPa（Z向），但塑性较低［8.1%（X/Y向）/5.1%（Z向）］，这与组织中存在的大量马氏体α'相有关。经热处理后，组织中的马氏体α'相逐渐分解为（α+β）相，在950 ℃时完全分解。随着热处理温度从650 ℃逐渐升高至950 ℃，试样强度逐渐下降、塑性逐渐升高，退火温度为950 ℃时，试样强度降为热处理前的78.9%（X/Y向）/80.5%（Z向），但延伸率提高了103.7%（X/Y向）/152.9%（Z向）。

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。

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。

研究了铺粉层厚对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金致密度、微观组织、拉伸性能及成形效率的影响。实验结果表明,在优化的激光能量密度区间内,30 μm低层厚和60 μm高层厚下成形的试样致密度均可达到99.00%以上,且具有良好的拉伸性能。但30 μm低层厚成形试样的强度略高于60 μm高层厚,且30 μm低层厚成形试样在平行成形方向的延伸率明显高于60 μm高层厚,原因是30 μm低层厚成形试样的拉伸裂纹很难在尺寸更小、排布更密集的熔池边界扩展。研究结果还表明,30 μm低层厚成形试样的缺陷多分布在熔池边界,而60 μm高层厚成形试样的缺陷多分布在熔池内部。此外,在成形质量相近的情况下,高层厚的成形效率约为低层厚的2.7倍。

采用选区激光熔化(SLM)技术制备了GH4169冲击韧性试样,并对其微观组织进行观察。结果表明:在优选的SLM工艺参数范围内,成形试样中定向凝固的细化柱状晶组织均匀排列,在功率P=260 W、扫描速度ν=0.9 m/s的条件下,GH4169试样的室温韧性值为43.9 J/cm 2,且随着激光功率和扫描速度的增大,冲击韧性值不断降低,冲击试样断口有明显的穿晶断裂特征。

使用选区激光熔化技术,通过改变激光功率和扫描速度进行阵列实验,获得了多组GH4169块体。计算能量输入密度并测量块体的致密度,观察其组织的孔隙情况与微观形貌。结果表明:扫描速度太低时,组织内产生圆形气孔;扫描速度过高时,组织内产生不规则形状的孔隙。而在扫描速度为0.9~1.5 m/s、激光功率为260~350 W的合理工艺参数下,可成形致密度较高、孔隙较少的样件,最高致密度为99.7%。致密度良好的块体微观组织呈柱状树枝晶形态,随着能量输入密度的提升,枝晶生长稳定并逐步细化。

以金属粉末为焊料, 研究了Ti3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的激光焊接, 分析了接头各区域的微观组织, 并测试了接头截面不同区域的显微硬度以及接头的室温拉伸强度。研究结果表明, 当焊料为单一的Ti-Ni-Nb粉末时, 接头的平均室温抗拉强度为129 MPa, 焊料与两种母材的界面均没有生成反应层, 焊缝的成分主要为Ti-Ni-Nb相、Nb-Ti固溶体及析出的Nb, 焊缝与母材界面的显微硬度高于焊缝中心及母材的; 当焊料为Ti-Nb/Ti-Ni-Nb/Ni-Cu三种粉末的复合焊料时, 接头的抗拉强度增大至180 MPa, 接头中主要元素的含量随焊料成分的不同沿焊缝逐渐发生变化, Ti3Al/Ti-Nb界面具有较高的显微硬度, Ti-Nb区和Ti-Ni-Nb区的硬度值高于Ni-Cu区的。