镍基高温合金凭借其优异的高温性能,被广泛应用于对结构材料要求最为严苛的涡扇发动机高温部件。激光选区熔化(SLM)作为一种高效高柔性的金属增材制造技术,具有成形精度高、成形周期短、材料利用率高等优点,可用于对复杂结构镍基高温合金零部件的快速高精制造。本文展开了面向镍基高温合金的SLM成形工艺研究,分析了高能激光与粉末材料的相互作用机理,研究了扫描策略对成形件表面质量及工艺参数对成形件力学性能的影响规律,优化了SLM成形工艺,实现了对镍基高温合金SLM成形件整体质量的提升。主要内容和结论如下:(1)高能激光与粉末材料的相互作用机理研究。从激光能量在粉末中的传递与吸收入手,研究激光与粉末的相互作用机理,分析镍基合金粉末烧结成形的过程,发现可以通过改变激光相关参数可以有效调节激光能量密度,进而实现对样件表面压力的控制,提高材料的烧结密实度,提升镍基高温合金的加工质量。借助仿真工具,对模型进行模拟打印,分析成形件变形原因,并对3D模型数据进行误差补偿,优化了设计模型。(2)扫描策略对成形件表面质量的影响研究。通过实验分析了不同扫描策略对Inconel 718合金成形件表面质量的影响规律以及对不同特征结构表面质量的影响规律,研究结果表明,对于成形件外表面来说,蛇形扫描策略上表面成形质量最好,螺旋扫描策略侧表面成形质量最好。通过将两种不同扫描策略进行复合,提出了一种针对不同特征结构的复合扫描策略,并验证了其可靠性。(3)工艺参数对打印件成形质量的影响研究。以致密度、显微硬度、耐磨损等成形性能为指标,研究激光功率、扫描速度、扫描间距对成形质量的影响规律,从微观和宏观角度分析各工艺参数对成形质量影响的内在联系。研究结果显示,致密度、显微硬度、耐磨性都先是随着激光功率的增大而增大,但功率超过一定阈值后,性能开始有所下降。随着扫描速度和扫描间距的减小,成形件各项性能指标逐渐变好,但也都有一定的阈值。(4)激光选区熔化成形工艺优化研究。基于响应面法建立了样件成形质量回归模型,分析各工艺参数对成形件致密度、显微硬度、耐磨性的交互作用。基于多目标遗传算法对模型进行优化,最终获得了成形件工艺参数的Pareto最优解集。通过成形加工实验,对比分析实测数据与Pareto解集的预测值,发现致密度误差在2.3%~2.5%范围内,显微硬度误差在4.2%~9.6%范围内,磨损率误差在4.2%~11.4%范围内,三项指标的误差均在可以接受的范围内,验证了优化结果的可靠性,对实际加工有着指导作用。