对增材制造“工艺—组织—性能”关系的认知和掌握是实现控形、控性的关键,而增材制造过程中强烈的物理、化学变化以及复杂的物理冶金过程使得其“工艺—组织—性能”关系难以准确把握。金属增材制造涉及传热、传质和相变等,是一个多尺度多物理场多学科交叉问题。目前,实验研究无法直观地反映工艺-物理场-凝固组织之间影响过程机理,并且“试错法”主导试验和工艺设计导致实验成本高昂、研发效率低效。本文通过构建增材制造多尺度仿真模型研究其“工艺—组织—性能”之间关系,通过数值模拟研究介观尺度传热、微观晶粒演化生长行为与塑性变形机理,分析微观组织演化机理与各向异性力学性能的成因,预测材料的微观组织及力学性能。主要工作内容如下:首先构建了IN718材料激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）介观温度场仿真的三维有限元模型,分析激光功率和扫描速度对熔池尺寸的影响,研究激光功率和扫描速度对熔池温度场和凝固机理的影响,基于温度场的仿真结果,计算不同工艺参数下熔池固液界面处温度梯度和凝固速度的变化,计算不同工艺参数下熔池固液界面处温度梯度和凝固速度的变化,分析凝固过程中柱状晶向等轴晶的转变条件,预测熔池不同深度上的微观组织,为微观组织的调控提供理论依据。在温度场模拟基础上采用CAFE（Cellular automation finite element）模型建立了IN718材料激光选区熔化微观晶粒演化模型。本文提出基于扩展Moore邻域的元胞自动机算法以提高计算效率,所提出的改进算法能减少约60%的计算量。完成SLM多层熔覆的熔池凝固过程中微观组织演化过程的模拟。模拟结果显示熔池上表面异质形核形成等轴晶,而熔池底部晶粒向熔池中心生长外延生长形成柱状晶,最终在多层沉积后形成从堆积方向逐渐向扫描方向倾斜约20°并贯穿数个沉积层的柱状晶组织。最后基于微观组织演化模拟和晶体塑性有限元方法研究IN718材料SLM技术组织与宏观力学性能之间关系。根据晶体塑性有限元模型的模拟结果表明SLM制备材料横向相较纵向有更高的强度和刚度。针对SLM工艺材料各向异性的成因,根据微观组织模拟结果计算得到横向和纵向的施密特因子分别为0.3183和0.4714,横向和纵向的平均晶粒尺寸分别为30?m和90?m,织构现象带来的施密特因子的差异和平均晶粒尺寸的差异是SLM材料强度各向异性的成因。根据IN718单晶杨氏弹性模量三维取向分布结合微观组织模拟结果计算得到:Z轴方向上的杨氏弹性模量平均值为139.5919 GPa,而XOY平面杨氏弹性模量平均值为155.8748 GPa,材料横向相较纵向有更高的刚度。