粉末激光快速成形技术主要包括选择性激光烧结与选择性激光熔化,它们都具有成形周期短、不需要使用模具,能成形高复杂形状制件等优点,但同时也具有内部存在孔隙、强度差、成形大尺寸的完全致密金属制件比较困难等缺点。等静压技术能够提高制件的致密度、具有均匀的微观结构以及没有成分偏析,但对复杂形状的制件,金属包套的制作比较困难。将快速成形与等静压技术结合,可以取长补短,是快速制造复杂金属制件的新方法。近年来,国际上已经出现了粉末激光快速成形与等静压复合过程的相关报道。选择性激光烧结制件密度比较低(38%左右),需要经过脱脂、冷等静压、烧结、热等静压等后处理步骤,过程比较繁琐。而选择性激光烧结制件直接热等静压结果不理想。虽然选择性激光熔化制件密度比较高(90%左右),但对它直接进行热等静压时,要求表面没有连通的孔隙。因此粉末激光快速成形与等静压复合过程研究还处于起步阶段。由于等静压成形过程中制件的尺寸变化比较大,为了能达到近净成形(即不需要机加工或极少机加工的工艺)的目的、减小实验次数、降低成本,有必要对等静压过程进行数值模拟。关于这方面的报道也很少,而且数值模拟结果不理想。针对以上研究现状,本文以快速成形方法制造复杂形状的致密金属为目的,对快速成形制件的不同后处理方法和致密化机理进行进一步研究,包括选择性激光烧结冷等静压热等静压,选择性激光烧结制件的直接热等静压以及选择性激光熔化制件的热等静压过程。并对这些过程进行了数值模拟。从而进一步发展粉末激光快速成形技术,拓宽其应用领域。因此,本研究具有比较大的理论和现实意义。首先对选择性激光烧结冷等静压热等静压过程进行研究。由于选择性激光烧结制件相对密度比较低,在冷等静压中以粉末的重排靠近以及塑性变形机制为主,冷等静压后内部的大孔隙明显减少,粒子边界仍然可区分。在热等静压前制件的致密度已经比较高(90%以上),所以致密化过程是以塑性变形和扩散蠕变机制为主,热等静压后内部孔隙已经球化成圆形。通过冷等静压实验获得了摇实密度下不锈钢粉末的压力～密度曲线p=0.398exp(ρ/0.105),以及压力～体积塑性应变曲线p=18.86exp (6.41εvp),为不锈钢粉末冷等静压数值模拟提供了重要的材料参数。提出了初始密度不同,对压力～密度曲线影响不大的结论。使用ABAQUS软件中的Cam-Clay模型以及Drucker-Prager-Cap模型对冷等静压过程进行数值模拟。两种模型的计算结果与实验结果都比较符合,Cam-Clay模型的误差在4.0%以内,Drucker-Prager-Cap模型的误差在3.5%以内,数值模拟结果误差与以前的研究相比有明显减小。这是因为选择性激光烧结制件收缩比较均匀,并且使用了实验获得的材料参数。粉末的微观形态对材料的性质有重要的影响。不规则粉末由于存在粒子取向,与粉床垂直方向的收缩与其它两个方向不同。而球形粉末的制件各个方向收缩比较均匀。由于橡胶包套刚度小、弹性好,选择性激光烧结制件比橡胶包套坚硬,所以包套的形状随着制件而变化,对制件的形状和尺寸的影响都比较小,正是制件和包套刚度的比率控制着压缩过程中的变形。虽然制件和包套之间的摩擦系数的增加会导致直径变大和高度减小,但是对变形量的影响非常小,当摩擦系数不为零时,它对结果的影响除了波动并没有明显的趋势。通过正交实验可以看出,在冷等静压过程中硬化参数是影响数值模拟结果最重要的因素。对复杂形状制件的冷等静压过程进行数值模拟,与简单形状类似,制件的收缩比较均匀,没有明显的形状扭曲。齿轮数值模拟的误差比文献结果有明显减小,是因为通过实验获得的材料硬化参数比较准确。对涡轮制件的初始尺寸进行了设计,首先通过硬化曲线得到最初的初始尺寸,然后通过数值模拟对初始尺寸进行不断修正,从而得到与最终形状比较接近的初始尺寸。由于选择性激光烧结冷等静压热等静压过程比较繁琐,本研究改进了选择性激光烧结制件直接热等静压方法,将玻璃作为充填介质,制造出相对密度达90%左右的齿轮制件。制件体积明显收缩,内部的孔隙呈相互不连通的球形,不存在明显的颗粒边界。使用ABAQUS顺序耦合的热-应力分析方法首次对选择性激光烧结制件的热等静压过程进行数值模拟。通过ABAQUS的CREEP子程序,编写双曲正弦蠕变方程,用于热等静压过程的数值模拟。由于制件体积比较小,热等静压过程升温、降温速度比较缓慢,整个制件的温度梯度比较小,收缩比较均匀。根据密度～时间变化曲线可以看出,由于制件初始密度比较低,致密化初期以粒子重排靠近机理为主,密度迅速增加,产生一个突变,当相对密度达到0.7左右,致密化速率变得缓慢,这时致密化过程以塑性变形机制为主,当相对密度达到0.9左右时,山于相对密度比较高,致密化过程以扩散蠕变机制为主,致密化速率变得更加缓慢。由于选择性激光熔化制件不需要脱去高分子材料粘接剂,因此它的后处理步骤是最少的。在直接进行热等静压时,即使制件的初始相对密度比较高(95%左右),也不能保证热等静压后能达到接近完全致密。制件是否能够完全致密化与选择性激光熔化制件内部孔隙的大小、分布、是否相互连通以及杂质的存在等因素有关。由于升温速度缓慢,热等静压过程中的温度场在各个时刻都非常均匀,可以近似为一个准热平衡状态(或准稳态),因此热应力很小,只有体积收缩而没有形状的改变。传统的粉末加包套的热等静压方法由于制件形状复杂,再加上包套的影响,制件不仅有体积的收缩,而且还存在形状的改变。这主要是因为在传统的粉末加包套的方法中存在包套和型芯,它们是由致密材料组成的,在压力的作用下,通过包套形状的变化来使内部的粉末材料致密化,由于内部粉末材料的流动性好,它的形状会随着金属包套的形状而改变,因此与传统热等静压方法相比,没有使用包套是选择性激光熔化制件均匀收缩的主要原因。通过数值模拟可以预测制件最终的尺寸和密度,为快速成形和等静压复合成形过程以及初始尺寸和形状的设计提供有益的指导。