激光沉积制造技术(Laser Deposition Manufacturing,LDM)是在激光熔覆(Laser Cladding)技术和快速原型(Rapid Prototyping)技术的基础上而发展起来的一种先进制造技术,该技术在不需要任何毛坯件预加工的前提下,能够实现复杂零件从CAD模型到金属零件的直接近净成形制造,在高端装备研制与生产中具有广阔的应用前景。但是由于金属材料在沉积制造过程中存在极其复杂的传热及热弹塑性变化,使得成形零件存在复杂的残余应力与变形,严重影响沉积制造零件的成形质量。基于此,本文对激光沉积制造BT20钛合金的应力演化规律进行了系统的研究,为减小或消除沉积制造成形零件应力分布与变形提供理论依据。基于激光沉积制造有限元分析理论,本文采用ANSYS参数化设计语言建立了激光沉积制造过程温度场和残余应力场有限元数学模型,对不同工艺参数条件下激光沉积制造温度场及残余应力场分布状态与演化规律进行了分析研究;同时,对比分析了连续扫描和分区扫描两种扫描方式下激光沉积制造温度场、节点热循环、节点温度梯度及表面残余应力的演变规律,揭示了分区扫描对激光沉积制造应力演化规律的影响。其次,为验证有限元分析结果的正确性,采用非接触式红外测温系统和金属压痕残余应力测试仪对沉积制造温度场、表面残余应力进行了测量,并研究了连续扫描和分区扫描两种扫描方式基材挠曲变形的分布规律。模拟和实验结果表明:不同扫描方式下沉积制造零件温度场、节点热循环及节点温度梯度分布规律相似,但分区扫描时沉积制造零件的热量累积明显减小,温度分布较为均匀,温度梯度大幅降低,改善了基材应力集中现象,应力分布更加均匀。最后,根据激光沉积制造应力演化分布规律探讨了减小或消除残余应力的方式与方法。