针对电弧增材制造（wire arc additive manufacturing）沉积表面精度差、减材加工切削余量大、浪费材料和制造时间长等问题，使用高速激光轮廓仪测量工件沉积表面并提出了偏差识别与去除方法。本文搭建了基于双机器人的电弧与铣削复合的增减材制造系统，该系统通过高速激光轮廓仪对沉积表面进行三维检测。基于三维测量数据，提出了一种针对沉积表面偏差的快速识别与去除方法，实现了系统工作流程设计、三维测量、点云数据去噪与重建、凸起及凹陷两种偏差的识别与去除的增减材路径规划与编程。实验结果表明，本文提出的算法能高效准确地识别出沉积表面偏差的类别与几何形状，为偏差的去除提供了重要依据，显著提高了电弧增减材复合制造工艺的成形精度。

激光粉末床熔融Inconel 718合金及其复材具有复杂的微观组织，其诱导的选择性溶解使电解加工表面质量较差。采用电解磨削技术对激光粉末床熔融Inconel 718合金及TiB₂/Inconel 718复合材料进行后处理加工，重点研究了两种材料超钝化膜的组成，以及在不同进给速度和转速等工艺参数下，微观组织对电解磨削表面质量的影响规律。结果表明，与Inconel 718合金相比，TiB₂/Inconel 718复合材料在电解加工过程中形成了更加致密的超钝化膜。TiB?的添加诱导形成了均匀的TiB₂/Inconel 718复合材料微观组织。TiB₂附着在超钝化膜表面，使超钝化膜更加均匀且不易被电解液冲刷带走。两种材料超钝化膜均由Ni（OH）₂、Fe（OOH）、Fe₃O₄、Cr（OH）₃、Cr₂O₃、TiO₂、MoO₂、Nb₂O₅等组成，所添加的TiB₂不参与电化学溶解。在进给速度为1.33 mm/s和转速为1000 r/min的条件下，两种材料的表面质量均达到最佳状态，表面无凹坑现象，且杂散腐蚀导致的过切现象明显减弱。此外，建立了电解磨削加工的物理模型以及表面质量的预测模型，为提高激光粉末床熔融合金及其复合材料的电解磨削质量提供了理论支撑和实验依据。

Spatter during laser powder bed fusion (LPBF) can induce surface defects, impacting the fatigue performance of the fabricated components. Here, we reveal and explain the links between vapour depression shape and spatter dynamics during LPBF of an Al-Fe-Zr aluminium alloy using high-speed synchrotron x-ray imaging. We quantify the number, trajectory angle, velocity, and kinetic energy of the spatter as a function of vapour depression zone/keyhole morphology under industry-relevant processing conditions. The depression zone/keyhole morphology was found to influence the spatter ejection angle in keyhole versus conduction melting modes: (i) the vapour-pressure driven plume in conduction mode with a quasi-semi-circular depression zone leads to backward spatter whereas; and (ii) the keyhole rear wall redirects the gas/vapour flow to cause vertical spatter ejection and rear rim droplet spatter. Increasing the opening of the keyhole or vapour depression zone can reduce entrainment of solid spatter. We discover a spatter-induced cavity mechanism in which small spatter particles are accelerated towards the powder bed after laser-spatter interaction, inducing powder denudation and cavities on the printed surface. By quantifying these laser-spatter interactions, we suggest a printing strategy for minimising defects and improving the surface quality of LPBF parts.

为了实现激光选区熔化（SLM）无支撑低角度成形，进而提高样件的成形效率和降低打印成本，笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法，并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明：过高或者过低的能量密度都会对悬垂区域的多层成形产生负面影响，采用适熔工艺成形悬垂结构能在保证低孔隙率的同时实现多层打印。将悬垂结构进行上、下、内表面区域划分，基于向下比较层数T进行区域面积调控能够显著影响悬垂样件的可制造性和结构完整性，应用下表面工艺区域的面积越大，悬垂样件的成形性越好。对上下表面的成形机理进行了深入分析，结果显示，下表面的成形质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响，而上表面除了受粘粉影响外，还主要受阶梯效应和轮廓边界熔道间隙的影响。最终，成形了不同尺寸的测试样件以及最低角度为15°的叶轮零件，证明了所提低角度成形方法的可行性。

针对316L不锈钢粉材选区激光熔化熔池流动、凝固及传热过程，采用CAE软件建立单道单层熔覆层熔池多物理场模型，研究了熔池的形貌和演变过程，分析不同工艺参数对熔池形貌、温度场和流场的影响规律。研究发现，熔池观测点处的温度峰值、熔池最大流速、熔宽、熔深及粉材吸收激光能量，在扫描速度为600 mm/s时，随激光功率增加均增加；在激光功率为110 W时，随着扫描速度增加均减小。在熔池演变过程中(P=180 W,v=800 mm/s)，当t=0.05 ms时，熔池形状呈近似圆形；当t=0.30 ms时，熔池形状由圆形转变为椭圆形，熔池温度保持稳定，之后，熔池中心部分形状始终呈近似椭圆状；当t=0.65 ms时，熔池的深度逐渐增加，而凝固速度小于加热速度，因此熔池尾部变长；当t=1.0 ms时，熔池温度逐渐下降，温度低于固相线温度1 658 K时，形成熔道。当扫描速度为600 mm/s，激光功率为110 W时，熔道相对连续光滑，质量较好。

为进一步提高再制造合金层表面质量，提升其综合力学性能，通过数值模拟与试验相结合的方式，研究激光重熔路径对熔覆层残余应力及表面质量的影响机理。首先，基于Simufact Welding软件平台分别建立了激光熔覆及三种不同扫描路径下的重熔模型，仿真研究重熔过程温度场及应力场变化规律。然后，进行了激光重熔工艺试验，通过X射线残余应力检测仪、基恩士超景深显微镜对再制造合金层的残余应力及表面形貌进行检测分析。仿真结果表明，重熔过程中工件表面各点的温度梯度比熔覆过程有明显的降低，重熔前工件最大残余应力为269.59 MPa，经激光重熔后，工件的残余应力得到明显的降低，且L₁型重熔路径下工件的残余应力值最小，仅为重熔前应力值的1/2左右。残余应力试验结果与仿真计算数值偏差在10%以内，证明了仿真计算的准确性。通过对合金层的表面形貌进行三维提取发现，激光重熔能有效降低熔覆层表面粗糙度。

针对Ti?6Al?4V钛合金深窄槽等结构的高效、精密、绿色加工难题，本团队利用同步纳秒激光辅助电解钛合金加工方法，综合利用激光加工效率高、局部温升、可直接去除表面钝化层以及电解加工表面质量好等优势，实现了钛合金材料的高效定域去除。研究了关键工艺参数（电解电压、激光功率、进给速度）对钛合金深窄槽加工精度和槽底面粗糙度的影响规律，验证了采用常温钝性盐溶液和较低的电解电压实现钛合金高效精密加工的可行性。研究结果表明：在电解电压为20 V、激光功率为3~5 W、进给速度为1.8 mm/min的参数下，可以实现钛合金的高效率、低表面粗糙度加工。本文提出了激光功率梯度变化（5 W→3 W）的钛合金三维结构高精密加工方法，并采用该方法在Ti?6Al?4V钛合金工件上实现了矩形台和深窄槽三维结构的加工。