柔性微纳传感器的新兴发展对先进制造技术提出了更高要求。其中，激光融合制造充分集成激光增材、等材、减材加工形式，凭借高精度、非接触、机理丰富、灵活可控、高效环保、多材料兼容等特点突破了传统制造在多任务、多线程、多功能复合加工中的局限，通过激光与物质相互作用实现跨尺度“控形”与“控性”，为各类柔性微纳传感器的结构-材料-功能一体化制造开辟了新途径。本文首先分析激光增材、等材与减材制造的技术特点与典型目标材料，展示激光融合制造的技术优势，接着针对近年来激光融合制造在柔性物理、化学、电生理与多模态微纳传感器中的典型应用展开讨论，最后对该技术面临的挑战以及未来发展趋势进行了总结与展望，通过多学科交叉互融，开辟柔性微纳传感器制造新路径，拓展激光制造技术的应用场景。

为了深入了解钛合金激光再制造的发展现状, 从再制造材料以及工艺方法两方面综述了钛合金激光再制造的研究进展。阐述了金属基粉末、陶瓷材料、稀土及其氧化物粉末的再制造特点与应用, 论述了主要激光工艺参数对覆层形貌及性能的影响规律, 讨论了数值模拟、辅助工艺以及复合工艺在该类合金部件激光再制造中的应用, 最后对钛合金部件激光再制造的发展趋势进行了展望。

翘曲变形与开裂是激光沉积制造大型整体结构的瓶颈，限制了该技术的发展。为解决这一难题，笔者基于表面形貌监测系统提出了一种翘曲变形原位检测及开裂预测新算法。通过坐标系校准、滤波降噪、曲面重构等实现了原位检测与数据预处理，采用旋转切片和平行切片两种方案求取切片与重构表面的交线，计算交线的翘曲角与翘曲角变化量，根据翘曲阈值与开裂阈值判定翘曲变形并预测开裂。设定的阈值与制件尺寸呈反比关系，与翘曲度呈正比关系。实验结果表明：翘曲样件X向的最大翘曲角为3.98°，且该方向所有交线的翘曲角均超出了翘曲阈值（3.27°），判定发生翘曲变形；薄壁件开裂影响区内翘曲角的最大值在第46~51层呈连续正增长趋势，翘曲角变化量为1.58°，且80%的交线的翘曲角变化量超出了开裂阈值（1.53°），判定即将发生开裂，继续沉积至第55层时出现开裂。通过实验证实了所提算法检测翘曲与预测开裂的有效性，对激光沉积制造技术的发展具有重要意义。

通过机械混粉的方式在常规GH4169合金粉末中加入一定比例的Al粉末(质量分数分别为0、0.50%和0.85%)，通过激光沉积制造技术进行块体材料的制备，研究Al元素含量变化对GH4169合金沉积态及热处理态试样微观组织的影响，并对不同成分合金的高温组织稳定性进行深入分析。结果表明：激光沉积制造不同Al含量GH4169合金沉积态试样的显微组织均表现为外延生长的柱状晶特征，随着Al含量的增加，Laves相与枝晶间区域的元素偏析程度降低，合金的二次枝晶形貌逐渐发达。差式扫描热结果显示：随着Al含量的增加，NbC碳化物和γ基体的熔点降低；经固溶＋时效热处理[980 ℃/1 h，空冷(AC), 720 ℃/8 h，炉冷(降温速率为50 ℃/h)至620 ℃/8 h，AC]后，Laves相大量溶解，针状δ相析出，且随着Al含量的增加，δ相发生碎化；不同成分合金经680 ℃/100 h高温时效热处理后，δ相数量随着Al元素含量的增加先减少再增加，GH4169＋0.5Al合金的δ相数量最少，组织的热稳定性最好。

在激光沉积制造过程中,热累积等因素会导致实际成形形貌与理想形貌存在较大偏差,从而阻碍沉积制造的进一步进行。为此,本文提出了基于点云数据的形貌偏差检测与控制方法。采用高速轮廓测量仪扫描沉积体表面,将获得的形貌点云数据与沉积层切片理论数据进行对比,提取出构成偏差区域的点云数据,对偏差点云进行分层切片,然后运用图像边界识别算法提取切片偏差轮廓,确定偏差轮廓区域在原始切片轮廓区域中的准确位置,改变偏差轮廓区域内的填充间距,为其填充成形轨迹,最后生成沉积程序并对偏差区域进行补偿加工。实验结果表明,补偿后获得的成形表面的平面度误差较补偿前减小了65.1%。本文方法能够显著提高零件的成形精度,实现了检测和补偿的自动化,使激光沉积制造可以连续进行。

激光去除材料作为激光在工业生产中的重要应用，具有非接触、效率高、加工精度高等其他加工技术无法比拟的诸多优势。本文从单一激光束去除材料和激光复合减材技术两个方面进行阐述，介绍了激光打孔、激光切割、激光烧蚀、激光光刻这四项激光加工技术，并将其与其他加工技术进行了对比；此外，本文还介绍了以激光去除材料为主、多能量场为辅的激光复合技术，并针对单一激光束去除材料技术难以高效加工沟槽的问题，介绍了一种电磁场辅助的激光沟槽加工方法。

以含有Fe元素和不含Fe元素的两种钛合金粉末为原料, 采用激光沉积制造技术制备高强钛合金样块, 并对其进行固溶+时效处理, 通过光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪、X射线衍射及室温拉伸等手段, 研究了Fe元素的加入对高强钛合金组织和拉伸性能的影响。结果表明: 含有Fe元素的钛合金试件的抗拉强度和屈服强度都优于不含Fe的钛合金, 但塑性比较差。其中主要的原因是Fe元素的固溶强化作用, 促进了β相的生成, 保留更多β相到室温, 获得更加细小的β转变组织, 起到了细晶强化作用, 使抗拉强度和屈服强度均得到了增强。两种钛合金的断裂方式均为半韧性半解理断裂, 两种钛合金的断口表面较平整, 有延性区域和解理面的特征, 有Fe元素的钛合金因二次裂纹的存在使钛合金的塑性降低, 无Fe元素的钛合金因高密度的韧窝分布使钛合金的塑性得到了提高。

为研究电磁场对激光再制造V型槽中孔隙调控的影响,在激光再制造过程中同时耦合稳态的磁场与电场,以产生定向洛伦兹力;通过激光再制造实验研究了激光功率与电磁场参数对V型槽内孔隙率的调控规律,实验结果显示:当激光功率小于1400 W时,V型槽底部界面结合处易产生熔合不良现象,并且修复区内存在大量气孔;随着磁感应强度增大,V型槽底部熔合不良现象得到了有效调控,修复区内的孔隙率逐渐降低;当磁感应强度为1200 mT时,修复区的孔隙率降至0.006%,修复区内几乎无气孔与熔合不良缺陷。稳态磁场与稳态电场所提供的向下的洛伦兹力驱使金属熔体向下填充,并使气泡受电磁挤压力的作用而加速逸出,最终获得了致密的修复区。

为了解决K418合金叶片再制造熔覆层易开裂、结合界面处力学性能较差等难题, 采用具有输入可调控、热输入可控制以及降低熔池及热影响区温度等优势的脉冲激光, 得出在工艺参量为激光功率2.5kW、送粉速率37.5g/min、扫描速率8mm/s, 载气气流3L/min下, K418基体与Inconel718熔覆层之间能够形成良好的冶金结合。结果表明, 熔覆层显微组织依次由界面处平面晶、底部胞状晶、中部树枝晶及顶部等轴晶组成; 经过对比优化下的工艺参量, 获得了成形质量良好且无明显裂纹、气孔等缺陷的Inconel718熔覆层; 通过基体与覆层的硬度测试, 覆层整体硬度值在300HV左右且分布较为均匀, 基体平均硬度在400HV以上、结合界面处硬度值为460.46HV, 相对于基体提升了12%; 物相形分析表明, Inconel718熔覆层与基体K418性能匹配较好, 激光再制造凝固成形时经历了L→γ→（γ+MC）→(γ+laves)的凝固过程, 脉冲激光的热输入对基体K418合金热影响区完成了γ′相的固溶再析出过程, 界面处沿晶界析出少量的二次析出相laves相和MC相对熔覆层及界面处晶界起到钉扎晶界、阻碍滑移的强化作用。试验相关工艺及参量为K418叶片激光再制造提供了借鉴和分析。

针对在K418薄壁叶片上局部再制造的多层立体成形组织难以调控优化的难点,开展该类合金激光再制造覆层工艺及组织研究。优选三组工艺进行Inconel 718成形试验,观察覆层显微组织,测试其力学性能,对比分析并进行单道多层立体成形试验。成形优化工艺的参数为激光功率为1.2 kW、扫描速度为300 mm/min、送粉速率为25 g/min、气体流速为3 L/min、脉宽为10 ms、占空比为1∶1。试验结果表明:单道覆层与基体形成了良好的冶金结合,高度和宽度分别为1.537 mm、1.414 mm,覆层主要由细小致密的等轴枝晶、定向生长的柱状枝晶和胞状晶组成,覆层显微硬度为263.7~289.7 HV0.2;多层立体成形总高度为3.67 mm,显微硬度范围为284.3~315.5 HV0.2,底层覆层析出Laves、MC和γ″相,弥散强化合金,提高了底部覆层的硬度。