钛合金具有密度小、比强度高、比刚度高等特点,是工程轻量化设计的理想材料。内置流道钛合金结构可在材料轻量化的基础上进一步减小自重、降低能耗,但传统工艺加工内置流道钛合金结构件存在脱模难、缺陷多、精度低等问题。为此,本文针对内置流道钛合金结构件的选区激光熔化工艺(Selective laser melting,简称SLM)展开研究,分析钛合金粉末烧结机理及熔池行为,研究面向内置流道结构的扫描策略,基于工艺参数对流道精度和内表面成形质量的影响规律,优化了工艺参数,并提出了基于再扫描的成形质量持续提升策略。主要内容如下:(1)激光对粉末作用机理及熔池行为研究。分析激光作用于钛合金粉末过程中能量的变化,建立工艺参数与熔池特征之间的关系;研究加工过程中熔池行为对翘曲变形、悬垂面下垂等现象产生的影响,揭示熔池行为对流道不同内表面成形质量的作用机制,建立工艺参数-熔池行为-内表面成形质量之间的关系,选择对内表面成形质量影响显著的工艺参数并利用ANSYS仿真得出不同工艺参数对熔池温度的影响趋势。(2)面向内置流道结构件的扫描策略优化研究。分析扫描策略对表面成形质量的影响机制,明确适用于无流道结构层的扫描策略;分析样件不同方向侧表面成形质量的差异,提出适用于流道结构层的扫描策略并用实验进行验证;基于增材加工特点及内置流道件的结构特征,复合两种扫描策略并利用实验加以验证。(3)工艺参数对流道精度影响规律研究。采用单因素实验方法,研究离焦量、激光功率、扫描速度以及铺粉厚度对圆形及方形内置流道在水平及竖直方向加工精度的影响规律,结合不同方向流道精度测量过程中发生的尺寸波动,明确工艺参数对不同方向流道精度作用机制;分析流道处微观形貌,基于欧拉伯努利梁理论,修正传统梁模型。(4)工艺参数对流道内表面成形质量影响规律研究。分析圆形和方形流道的加工精度,分别研究离焦量、激光功率、扫描速度等工艺参数对不同形状流道底表面、侧表面以及悬垂面成形质量的影响规律,分析流道不同内表面的微观形貌,明确不同工艺参数对内表面成形质量产生影响的根本原因;研究不同阶段影响方形流道内表面悬垂面成形质量的主要因素,分析悬垂现象对圆形流道内表面不同区域内表面的影响,提高流道内表面质量的优化针对性。(5)内置流道整体加工质量的工艺参数优化研究。基于工艺参数对流道精度及内表面成形质量的影响规律,提取内表面对流道整体加工质量影响较大的因素并缩小工艺参数范围,设计合理的正交试验因素/水平,采用响应面回归分析方法,构建相应预测模型;利用多目标遗传算法得到帕累托最优解集,并利用实验对所得解集正确性进行验证。(6)基于再扫描策略的流道内表面成形质量提升的探索性研究。改变再扫描过程中的激光功率,研究再扫描策略对流道内表面成形质量的影响;基于不同处理方式下内表面成形质量的不同,配合不同内表面微观形貌,研究再扫描工艺对不同内表面的作用机理,对其作为后处理工艺的可行性进行分析。