选区激光熔化作为增材制造技术的重要发展方向之一,可直接成形镂空点阵、曲面空腔、一体化构件等轻质化构件,同时兼有良好的成形精度。轻质结构结合轻质材料的使用可以进一步对构件质量进行优化。Ti6Al4V是一种轻质合金材料,在选区激光熔化成形过程中,激光周期性扫描会导致成形件组织的定向生长,使结构具有一定的各向异性。这种特性对强化单一载荷方向结构件的承载能力具有积极意义。为了研究选区激光熔化成形各向异性材料对强化单一载荷方向结构件承载能力的作用,本文以创成式设计的四轴飞行器机身结构选区激光熔化成形的工艺过程为研究对象,主要进行了四部分内容的研究:首先,研究了包括创成式设计流程、拓扑优化算法在内的创成式设计理论,对四轴飞行器机身结构进行了创成式设计,经有限元分析得到满足设计要求的轻量化结构;第二,为了得到成形缺陷少的飞行器机身结构,研究了成形工艺中匙孔、未熔粉末、热裂纹、球化、翘曲等缺陷的产生机理,通过实验研究了激光功率和扫描速度对选区激光熔化成形件致密化行为的影响,并得到了具有较小成形缺陷的成形工艺;第三,为了得到强化承载能力的飞行器机身结构,在致密工艺的基础上,通过实验研究了扫描策略和扫描旋转角对飞行器成形工艺各向异性的影响,使用方差分析等统计学方法分析了工艺对各向异性强度的显著性。同时借助金相组织、断口形貌等评价手段揭示了材料各向异性的产生机理,并得到了各向异性较为显著的成形工艺;第四,研究了四轴飞行器机身创成式设计结构在选区激光熔化成形前的摆放、支撑,得到了支撑数量少、成形快、且符合各向异性载荷强化方向的摆放方式和支撑设置,并使用高致密的各向异性工艺对结构进行成形,经负载实验测得其负载能力得到显著提高,验证了各向异性强化的有效性。研究成果为选区激光熔化成形件的各向异性控制方法及利用各向异性进行性能强化提供了理论依据,对拓扑优化、创成式设计等方法设计的具有复杂特征的结构件直接制造的应用研究提供了技术方法。