选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）是一种以预置铺粉、分层制造、叠加成形原理进行“增材”式三维加工的高端数字化制造技术。该技术具有自定义形状设计、高加工精度和加工周期短等优势,在复杂精密构件成型加工领域受到了广泛关注。SLM成形过程中,金属熔池的流动与传热等热流体行为直接影响成形件的质量。然而,目前对该过程中金属熔池的热流体行为及其相关的诸多物理机制尚不十分清楚,难以稳定控制成形过程,成形件常存在孔隙、裂纹等典型冶金缺陷,限制了SLM技术及其成形件的广泛应用。因此,研究SLM成形过程熔池热流体行为,探讨环境条件、操作条件、激光加工参数等因素对其的影响规律,深入了解SLM成形过程的物理机制,可为减轻过程缺陷、提升产品质量奠定理论基础,也能为SLM成形工艺参数的设计及优化提供理论指导。SLM成形金属熔池小（100～200μm）,熔体冷却速率大（高达10~7K/s）,目前通过实验手段分析SLM动态成形过程的复杂物理机制难度较大,数值模拟是解决该问题的有效手段。由此,本文针对SLM技术,以316L不锈钢为研究对象,构建了分辨单颗粒粉末的316L不锈钢SLM成形的三维介观模型,对连续曝光扫描方式下的SLM单道和双道成形及点曝光扫描方式下的SLM单道成形开展模拟研究。通过研究揭示了熔体飞溅的形成机制,阐明了表面凸起等典型缺陷的形成机理,明确了环境压力、基板预热温度、激光加工参数等对SLM成形过程熔池热流体行为及凝固熔道形貌的影响规律,并通过实验验证了模拟结果的可靠性。主要研究结果如下:（1）研究了连续曝光扫描方式下,SLM单道成形过程环境压力与基板预热温度变化对熔池流动传热行为的影响规律。研究发现,随着环境压力从10~5 Pa降低到10Pa,金属熔池内部由蒸发引起的凹陷匙孔更加明显,匙孔下方熔体向下流动的最大流动速度逐渐增大,有利于熔池热量向熔池深度方向传递。随着环境压力降低,匙孔平均深度从48μm增加到83μm,但匙孔深度的波动不会增大。相对于常压环境(Pamb=10~5Pa),在减小的环境压力下(Pamb=10~3Pa),激光功率和扫描速度的变化对匙孔深度的影响较大。基板预热可提高熔体向下的流动、减小成形过程的温度梯度,基板预热温度的变化对熔道形貌有一定影响。（2）研究分析了单道成形过程激光加工参数变化对熔体热行为及凝固熔道形貌的影响。研究发现,随着激光功率从85 W增加到125 W,凝固两相区熔体的最大冷却速率从0.4×10~7 K/s降低到0.31×10~7 K/s;扫描速度从1200 mm/s减小到400 mm/s时,凝固两相区熔体的最大冷却速率从0.84×10~7K/s降低到0.31×10~7 K/s,冷却速率的降低对熔池内部晶粒组织的细化不利。随着激光功率的增加和扫描速度的降低,熔道宽度逐渐增加,熔道表面的水纹形貌逐渐变得显著;熔道表面凸起的形成具有周期性,增加输入的激光能量,减小粉末颗粒的粒径可减少表面凸起的形成。模拟预测的熔道形貌随扫描速度的变化规律与实验结果吻合良好,且在相同的工艺参数下,模拟得到的熔道宽度与实验所得熔道宽度的误差为9%。研究确定的适合316L不锈钢SLM单道成形的加工参数如下:激光功率为125 W,扫描速度为400mm/s,光斑直径为60μm,粉层厚度为50μm。（3）揭示了SLM单道成形过程中,出现蒸发现象的熔池（蒸发熔池）行为及熔体飞溅形成的机制,明确了典型激光加工参数对熔体飞溅形成的影响。当金属熔池出现蒸发现象时,在反冲压力作用下,熔池表面具有周期性振荡行为,熔道表面水纹的形成与熔池表面的周期性振荡有关。熔池后沿熔体飞溅的形成经历了蒸发熔池内部形成凹陷匙孔-匙孔后壁熔体向上涌出形成凸起-凸起与周围熔体之间形成液柱-液柱变细及前端分离等四个阶段。随着激光功率的增加,形成熔体飞溅的各个阶段的出现时刻均有所缩短。模拟预测的与实验获得的凝固熔道形貌较为一致。这些研究结果增进了对减轻熔体飞溅、提升成形质量的认识。（4）研究了双道成形过程中扫描间距、扫描速度及扫描方式对相邻熔道搭接热行为、搭接熔道表面形貌的影响。随着扫描间距的增加,相邻熔道搭接过程中的预热作用及重熔现象有所减弱,熔池向已烧结区域流动及传热的趋势逐渐减小,搭接熔道的表面质量逐渐降低,且容易出现搭接孔隙,沿搭接方向的温度梯度有所减小。随着扫描速度的增加,搭接熔道的高度逐渐增加、致密度逐渐降低,搭接熔道也容易出现颈缩的现象。在其他参数不变时,扫描方向相反的S形扫描方式与扫描方向一致的Z形扫描方式对搭接熔道中间区域熔道形貌的影响较小。模拟预测的熔道搭接情况与实验获得的熔道搭接情况有较好的一致性。通过研究,明确了搭接过程热行为和搭接熔道形貌随工艺参数的变化机制,对制备致密烧结层的产品有参考价值。（5）研究了点曝光扫描方式下,316L不锈钢SLM单道成形过程热行为特征及不同工艺参数对其的影响规律。结果表明,在点曝光扫描成形过程中,随着曝光点数的增加,金属熔池表面尺寸逐渐达到一个相对稳定的状态。当曝光时间从30μs增加到90μs时,熔池表面的拖尾现象逐渐减弱,不同曝光位置处熔体的最高温度及熔体的液相持续时间增加,熔体的流动铺展性能增强,沿扫描方向熔池的最高温度梯度也从2.77×10~7 K/m增加到了8.01×10~7 K/m。激光功率与曝光时间的变化对熔体热行为的影响规律较为一致,点距的变化对熔体热行为的影响较为复杂。模拟所得的熔池深度随曝光时间的变化规律与实验所得结果吻合较好。研究确定点曝光扫描方式下,适合316L不锈钢SLM单道成形的线能量密度应不低于371 J/m。研究结果可为点曝光扫描方式SLM成形工艺参数的确立和优化提供一定的理论依据。