随着航空航天、生物医疗、汽车制造业、船舶业等领域的不断发展,对复杂结构零部件的需求越来越多,快速成型需求和结构个性化需求也不断增加,而传统制造技术对于复杂结构件存在加工困难、浪费材料、生产效率低等缺点。激光熔覆成形技术是一种以激光为热源的金属增材制造技术,用于复杂零部件的制造以及各种功能件的表面涂层、零件修复等领域。但是,由于激光熔覆层的性能参数受各工艺参数的直接影响,如何优化工艺参数(激光功率、扫描速率、送粉速率等)使多个熔覆层性能参数综合到达最优成为一个研究热点。本文从理论上研究激光熔覆成形技术工艺参数对熔覆层截面宏观几何尺寸(高度、宽度、横截面积)的影响规律,通过运用三维热传导方程建立单道熔覆层温度分布方程,求解方程得到单道熔覆层温度分布,从而得到了单道熔覆层温度沿y轴分布的规律,再根据激光熔覆粉末质量守恒,得到工艺参数对熔覆层几何尺寸的影响规律。以激光熔覆工艺参数试验数据为基础,通过对试验数据的直观分析,从试验数据上得到了工艺参数对熔覆层性能参数(横截面积、显微硬度、稀释率、热影响区深度)的影响趋势以及主次顺序,再通过方差分析精确分析了工艺参数对性能参数的影响显著程度。在激光熔覆试验数据的基础上,分别运用三元二次多项式模型、BP神经网络模型、RBF神经网络模型、GRNN神经网络模型对熔覆层性能参数和工艺参数之间的函数关系进行回归分析,并研究了不同模型在训练集和测试集上的误差,研究发现,多项式模型在训练集和测试集上的误差均较大,BP和RBF模型的训练集误差极小,而测试集误差较大,而GRNN模型的综合误差最小,因此将GRNN模型作为激光熔覆工艺参数和性能参数之间的回归模型。在获得激光熔覆工艺参数和性能参数GRNN回归模型的基础上,展开工艺参数多目标优化研究,建立显微硬度、稀释率、热影响区深度3个目标函数。先采用统一目标法对多目标函数进行优化,共建立4个不同的统一目标评价函数,最终得到优化结果;再采用NSGA-Ⅱ多目标进化算法对多目标函数进行优化,分别研究了种群规模、交叉率、变异率对优化过程和结果的影响,最终优化结果较统一目标法更好,且优化后结果相较于优化前,显微硬度提升27.4%、稀释率下降82.4%、热影响区深度下降3.78%。