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纯钛（CP-Ti）因其优越的耐腐性能与生物相容性,成为了应用最早、最为广泛的Ti/Ti合金材料之一,但硬度、强度不足始终是纯Ti拓展其应用范围的重要掣肘。本课题提出了一项新颖、高效的加工方法,将Ar-N2复合活性气氛引入激光3D打印（选区激光熔化,SLM）过程,在3D打印纯Ti构件的同时使材料与气氛中的N2原位反应,成功产出了近乎完全致密（相对致密度可达99.5%以上）、综合力学性能优异的气氛辅助增强SLM纯Ti。相对于惰性（纯Ar）气氛中打印的纯Ti,活性气氛强化的纯Ti在硬度和强度方面获得了40-50%甚至更高比例的提升,同时在氮含量不超过0.43 wt.%的前提下可保持优良的塑性。最优试样的屈服/抗拉强度达807/1037 MPa,同时断裂延伸率达19.15%;强度接近锻态的Ti-6Al-4V双相Ti合金但塑性高出其一倍以上。本课题运用背散射电子衍射（EBSD）、三维原子探针（3D-APT）、透射电镜（TEM）、激光原位加热同步辐射X光衍射（SXRD）等多种先进表征手段,对活性气氛强化的纯Ti进行了详尽、系统的微观组织研究,揭示了Ar-N2活性气氛中SLM打印纯钛过程的微观组织演变:每一“层”材料打印时,Ti与气氛中的N2反应生成Ti-N间隙固溶体与TiNx化合物颗粒;但此类化合物会在接下来的打印热循环中分解,并使N均匀的固溶于细小的针状马氏体（α′-Ti）晶粒基体内。N的溶入为SLM纯Ti带来了固溶强化与细晶强化两大强化作用,其中N原子进入α′-Ti晶体八面体间隙的固溶强化为作用的首要因素。在微观组织与强化机理研究的基础上,本课题提出了基于Mechanical Threshold Stress理论的本构模型,可合理描述具有不同N含量与晶粒尺寸的活性气氛强化纯Ti的拉伸变形行为,并能够通过流变方程准确预测强化纯Ti的屈服点与完整的应力-应变曲线。本研究成功实现了激光3D打印纯Ti强化与成型的一体化,制备了不含有害合金元素（如Al、V、Cr等）的高性能纯Ti,阐明了活性气氛原位强化的机理以及材料性能、组织的控制原理与方法。为开发高性能、无毒害生物医用Ti材料及其他高性能金属材料提供了一项崭新的技术工具,同时加深、拓展了对SLM这一新型3D打印技术所带来的材料基础问题的理解。