进行了W-Cu复合材料的激光直接成形实验,研究了混合粉末均匀性和W粉的形态对激光直接成形W-Cu复合材料成形质量的影响, 对成形试样的微观组织进行了分析, 并测量了成形件的致密度。研究结果表明,当混合粉末均匀性较差时, 成形气孔主要是由W粉末颗粒团聚引起, 且随着激光功率的增大, 成形气孔数量增多, 成形件的致密度减小。使用直径为54~100 μm的球形W粉,由于粉末流动性好, 成形试样的致密度大于99%; 使用直径为25~54 μm的球形W粉, 由于送粉过程中粉末飞散, 成形试样Cu、W分布不均匀, 成形试样表面凹凸不平。

成形带连接筋双层薄壁件时，筋与薄壁连接处易产生凹凸缺陷。如控制不当，随着堆积的进行凹凸缺陷愈加明显，易导致堆积失败。提出等体积法侧向搭接工艺，通过控制喷头扫描路径中起、停偏移量控制侧向搭接量，从而获得了熔覆形貌平整的筋、壁相贯连接面。提出基于层高检测技术的功率控制工艺来保证堆积过程中熔覆层形貌不失稳，完成了带筋双层薄壁件激光直接成形实验。成形的带连接筋双层薄壁件间隙约为2.6 mm，尺寸偏差在5%以内；显微组织致密均匀，无明显的气孔、裂纹等缺陷，显微硬度在640~770 HV之间。

针对单晶镍基高温合金DD4在激光直接成形过程中熔覆层开裂的问题，利用不同工艺在定向凝固DZ125L基体上成形DD4零件，研究了DD4零件熔覆层的裂纹种类和裂纹特征以及基本工艺参数对DD4零件裂纹率的影响。提出了利用感应加热辅助激光直接成形的方法来消除DD4零件熔覆层裂纹。结果表明，DD4零件熔覆层裂纹分为凝固裂纹和液化裂纹两种，其中绝大多数裂纹为液化裂纹；降低激光功率，增大扫描速度，选取合适的搭接间距和提升量都有利于降低DD4零件熔覆层的裂纹率。试验中通过优化工艺参数，可将DD4零件裂纹率降低至0.230 mm/mm2。裂纹率会随着感应加热温度的升高而下降，感应加热温度为1200 ℃时裂纹率可降低至0.017 mm/mm2。

为了研究激光直接成形Ti-6Al-4V中热积累效应对其微观组织和力学性能的影响, 采用对比试验的方法, 制备了直径分别为5mm和10mm的两个圆柱试样及两组对比拉伸试样。直径为5mm的试样成形时热积累效应明显, 底部和顶部的β晶粒内部以马氏体α′组织为主, 中部的β晶粒内部以针状α组织为主; 直径为10mm的试样热积累效较弱, 自底部至顶部均以马氏体α′组织为主。热积累效应强烈的一组拉伸试样拉伸强度略低于热积累效应不明显的一组试样, 但塑性约为其3倍。结果表明, 激光直接成形Ti-6Al-4V时强烈的热积累效应会降低冷却速率, 使微观组织从马氏体α′组织转变为针状α组织, 从而使其拉伸强度稍有降低, 但塑性提高很多。

在DZ125L 定向基材上进行激光直接成形同种材料的定向生长修复，对修复后的DZ125L 熔覆组织进行了微观分析和常温力学性能测试，并对熔覆组织与定向基材的结合面强度进行了测试。结果表明：激光直接成形DZ125L的组织为外延生长的柱状晶组织，其一次枝晶间距为8~12 μm，二次枝晶退化，热处理后柱状晶尺寸增大为30~90 μm，柱状晶基体上析出大量均匀分布的γ′强化相；沉积态柱状晶组织的纵向抗拉强度为1312 MPa，延伸率为5.27%，热处理后柱状晶组织的纵向抗拉强度降低为1201 MPa，延伸率达到6.69%，均满足国家标准；熔覆层柱状晶组织与定向基材的结合面力学性能良好，定向生长满足使用要求。

针对薄壁叶片不等宽的结构特征，提出基于光内送粉方式采用变光斑一次扫描而非多道搭接直接成形出不等宽熔覆层的方法，逐层堆积直接制造薄壁叶片。研究了变斑过程中等高度单道及“阶梯型”单道对薄壁件成形质量的影响规律。实验结果表明：在保证送粉量足够的条件下，变光斑过程中通过实时变扫描速度及激光功率，能够直接熔覆出高度相等、宽度逐渐变化的单道熔覆层；基于等高度单道的变斑堆积过程中熔覆层增长高度并不一致，宽高比大的部位生长高度要大于宽高比小的部位的问题，建立了熔覆层提升量、单层生长高度和熔覆层截面曲线阶数的理论模型，提出了“阶梯型”单道变斑直接成形方法，解决了熔覆层高度生长不一致的问题，获得了熔覆层宽度从1 mm 到3 mm 连续变化的薄壁叶片，为光内送粉激光直接成形薄壁变壁厚类零件提供新方法。

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中,金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上,建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上,计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明,在激光束直径为3 mm条件下,316L不锈钢粉末穿过功率大于1000 W的激光束后,所有尺寸金属粉末均被熔化,即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算,可知在激光成形中,约有5%的激光能量用于加热和熔化粉末,而大约95%的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。