金属3D打印技术为航空航天、生物医疗、国防军工等领域复杂精细结构零部件的制造难题提供了新的解决方案,已经被提升到国家重要战略产业的高度。实现金属粉末3D打印的技术有很多,但其内在作用机理基本一致,即高能密度的激光束或电子束与金属粉末颗粒的交互作用。其中,金属粉末颗粒的“区域熔化-铺粉-区域熔化”过程对零部件的成形有重要的影响。仅靠大量的实验来研究金属粉末颗粒性质对3D打印过程的影响,研发的成本会很高,因此,需要计算机仿真技术的辅助分析。本文采用分子动力学方法,以钛作为单质金属的代表,钛铝合金作为合金的代表,通过模拟金属粉末颗粒在选区激光熔化技术原理作用下的快速熔化和凝固过程及凝固后的单轴拉伸实验,来研究金属粉末颗粒均匀性、颗粒尺寸大小和颗粒间隙等性质对成形的影响。首先建立两颗粒模型,分别模拟颗粒不均匀及颗粒尺寸大小不同的钛和钛铝合金粉末在激光作用下的快速熔化,通过分析熔化过程中模型晶体结构的变化和径向分布函数并根据选区激光熔化技术的加热原理,计算比较颗粒熔化过程中的热量供需关系,来研究颗粒均匀性和尺寸大小对熔化过程的影响。发现颗粒的均匀性和尺寸大小会影响熔化所需时间,随着颗粒尺寸的增大,系统熔化所需时间增加,而激光作用材料的多余时间会使材料产生过度的热量,引起局部温度升高。然后建立多颗粒模型,模拟颗粒间隙大小不同及颗粒尺寸大小不同的钛和钛铝合金快速凝固后的单轴拉伸实验,通过分析模型凝固过程中密度的变化及拉伸过程中势能的变化,发现导致抗拉强度大小不同的内在因素为系统势能的大小不同,拉伸时势能越大,对应的抗拉强度越大,颗粒间隙和颗粒尺寸大小均会影响抗拉强度的大小。颗粒间隙不同的模型,最终的成形密度并无太大差别;而颗粒尺寸大小会影响最终的成形密度,成形密度大,表明致密度高,对应的抗拉强度也大。最后对3D打印用的Al Si10Mg金属粉末进行测试,并打印试样进行力学实验,分析了利用分子动力学模拟金属粉末3D打印过程的可行性。