增材制造（Additive Manufacturing,AM）是一种极具发展前景的自由几何形状沉积技术。选择性激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是最成熟的AM技术之一,具有成形精度高、力学性能良好、材料的利用率高等特点,可以为多孔结构、随形冷却流道、复杂的零件制造及应用提供更好的解决方案。然而,由于SLM成形独特的激光–材料相互作用原理,冶金缺陷会随着激光的作用后出现并累积,最终会影响零件的加工质量和力学性能。故而,需要对成形出现的冶金问题进行深刻分析讨论,了解这些冶金缺陷的形成原理及对零件产生的影响作用。本文以Ti6Al4V为研究材料对象,采用了数值模拟的方法建立了较为完整的SLM过程模拟模型,探究熔池演变、缺陷成形的过程,并与工艺优化相结合探究低能量密度下熔池演变及热演变过程量化分析其对于零件的加工质量和力学性能的影响,建立了零件在低能量密度下宏观–微观–力学性能的相互关系。其中,主要的研究内容如下:（1）基于有限单元法（Finite Element Method,FEM）利用相场法（Phase Field,PF）建立了能快速预测在高斯热源作用下熔池演变、物理现象产生的二维简化模型,并对剥蚀效应和网格尺寸进行了讨论,成功模拟了熔池的飞溅、孔隙的形成,以及在不同扫描速度下熔池演变的区别,熔池高、深、宽与实验对照良好。结果发现,熔融飞溅最终产生是受到Plateau–Rayleigh不稳定性的作用,并与局部熔池底部斜率及熔池宽度这些几何形状有关。马兰戈尼效应有增加熔池的宽度、改善局部湿润性的作用,但其引起的对流速度快于热传导速度会引起相邻粉末间出现孔隙。通过利用相同的工艺参数消除了孔隙看出,球形粉末颗粒有利于孔隙形成、不利于熔池扩展。而在不同扫描速度作用下,低扫描速度会引起熔池内部形成更强的涡流、更强的反冲压力的作用引起悬空熔融体更多的滞空时间,导致充足的热传导时间以及返回流惯性的产生来扩展熔池。（2）基于离散单元法（Discrete Element Method,DEM）建立了粒子动力学的铺粉模型,探究了不同刮刀类型、不同粉末层厚、不同辊子转向、不同刮刀平动速度及不同转速以改善低层厚下的铺粉质量,发现平板型刮刀因力弧的出现相比于辊子型刮刀,难以在低的粉末层厚下,得到高堆积密度的粉床。并利用逆时针旋转的辊子型刮刀成功得到了与实际铺粉厚度相同、堆积密度较优的粉床。（3）提取DEM粉床模型的粉末信息带入到自主开发的、表面追踪、热源校正的有限体积法（the Finite Volume Method,FVM）的热流流动（Thermal Fluid Flow,TFF）模型中,并结合工艺优化实验,探究了低能量密度下熔池演变对于Ti6Al4V样件的加工质量、力学性能的影响。得到了样件致密度、顶面形貌、尺寸精度、微观组织、力学性能与能量输入的关系,并利用熔池模型探究了熔池演变、熔池热演变过程对于上述样件特性的影响,建立了样件宏观–微观–力学性能的相互关系。（4）通过基础的工艺优化实验,发现低能量密度下成功得到了力学性能远高于锻件、高于大部分之前研究报道中的Ti6Al4V样件性能,最高的抗拉强度为1372MPa,最高的屈服强度为1303 MPa,最大延伸率为8.88%。此外,初生β柱状晶的宽度随着能量输入呈线性增加,随着液相处的瞬时冷却速率的增加呈指数规律增加;本研究在66 J/mm~3下发生较为明显的α’→α+β分解现象;在过大的能量输入下,很大的熔深、过高的熔池温度会抑制该分解现象。（5）通过探究不同能量输入下的大、小粒径粉末颗粒处的熔池热演变过程,得出温升时间和激光功率没有明显的关系,冷却时间随着激光功率增高而增加的关系。并得出大粉末处有升温时间长、冷却时间短的特点;小粉末颗粒处的凝固后的平均冷却速率（量级在1×10~6 K/s）高于大粉末处的,而使熔池凝固的平均冷却速率（量级在1×10~7 K/s）却要低于大粉末处的,这也一定程度上解释了SLM样件在材料表征结果上和区域选定有一定的关系。而平均凝固速率与激光功率、粉末粒径大小没有明显关系,保持在0.3～0.4 m/s。此外,本文以Ti6Al4V为研究材料开展了熔池演变对样件加工质量、样件性能的研究,可以延伸到其他材料的研究中去,可辅助其他材料的开发、探究工艺特性。