激光直接金属沉积(Direct Metal Deposition,DMD)是在快速原型成形技术和同步激光表面熔覆的基础上,基于分层制造的理论快速发展起来的一项高性能高复杂度一体化金属零件的数字化增材制造技术,能实现对受损零件的高性能快速修复以及同一零件的多材料复合布局和梯度结构制造。激光直接金属沉积技术作为未来工业4.0的重要支柱之一,广泛应用于国防军工、航天航空、模具制造、生物医疗、核技术装备等多个领域。然而激光直接金属沉积具有十分复杂的物理过程,影响因素繁多、工艺敏感度高,采用激光直接金属沉积技术做到“控形控性”制造还存在极大地挑战。目前激光直接金属沉积316L不锈钢表面质量较差存在严重的粉末粘附现象等诸多问题,成为了制约该技术发展及广泛工业应用的绊脚石。本文以激光直接金属沉积成形过程中粉末颗粒、激光束、熔池之间的相互作用为研究对象,以316L奥氏体不锈钢粉末为成形材料,通过搭建高速摄像采集系统观测粉末、激光束和熔池之间动态变化过程,分析了该技术下表面粉末粘附的形成机制,提出了激光直接金属沉积成形表面粉末粘附的三种类型。本文重点研究了不同工艺条件下激光直接金属沉积成形零件表面粉末粘附规律,并依据超景深显微镜观测结果提出了粗糙度、表面积系数及平均高度三项指标综合表征粉末粘附程度的方法。在连续激光模式下,增大送粉速率,零件表面粉末粘附程度愈大,减小载气流量,零件表面粉末粘附程度愈小,线能量密度对零件表面粉末粘附程度影响不明显;在准连续激光模式下,占空比是影响零件表面粉末粘附的关键因素,当准连续激光占空比为20%时,成形零件表面粘附粉末程度较小,脉冲频率和线能量密度不是影响成形表面粉末粘附的关键因素。本文将优化的稳定成形工艺应用于复杂结构特征零件制造,制定了上、中、下三部分分步成形的方案。根据实际成形效果,进一步提出了旋转轴与直线轴联动的成形方法,以及准连续激光与连续激光协同制造的成形方法。综合考虑沉积效率和表面质量,准连续激光与连续激光协同制造的成形方法有效的改善了成形表面粉末粘附程度。