激光3D打印技术是融合快速成形原理近年来发展起来的一种新型先进制造技术,由于其能够实现具有任意自由成形的复杂结构、高致密度、优异性能金属零部件的快速、无模具化、近终形制造,在航空航天、智能汽车、化工新能源等高新技术产业领域具有广泛的应用前景,对该项技术进行系统分析已成为近年来的研究热点。本文以送粉式激光3D打印技术为研究对象,以Incone1625为模型成形材料,20G钢作为基体,首先运用统一量纲法思路量化处理了影响激光3D打印质量主要的工艺参数,并通过系统的试验研究,获得了满足设定条件的最佳单道打印工艺参数激光功率P=2200W,扫描速度v=480mm/min,光斑直径d=3mm,送粉速度f=18g/min,热输入值λ=275W·S/mm。接着利用单道最佳工艺参数进行了 10层、20层、30层不同梯度的大尺寸金属薄壁件打印,通过对30层壁件系统的表征分析发现试样微观组织主要由定向外延生长的柱状树枝晶组成,且枝晶晶粒生长方向与激光束扫描方向成45°～65°生长,随着打印层数增加,其微观组织存在细小的胞状晶→胞状树枝晶→树枝晶的转变过程这符合快速凝固理论原理,并与国内外重点研究机构获得的研究成果相一致。还发现随着高度的增加,试样纵向梯度组织不均匀,不同梯度位置的拉伸强度明显会出现不一致的问题。针对这些问题,为了究其原因,基于ABAQUS6.14.1CAE运用“生死单元法”动态模拟了激光3D打印大尺寸薄壁件瞬态温度场的演变过程,通过进行隐式求解和迭代计算获得了主要工艺参数对熔池演变的影响规律,发现激光3D打印过程是一个快速加热快速冷却的过程,随后的打印层各分析步中心点的峰值温度均比前一打印层各分析步要高,但是这种增幅度会越来越小直到保持稳定。随着打印层数的增加,熔池温度会产生严重热积累,热影响区域会显著扩大,熔池重熔区也会变大。为了解决这些问题,提出了动态自适应逐层功率递减的加工方案来缓解薄壁件激光3D打印过程中出现的热积累效应,使得打印件组织更加均匀,性能得到进一步提升。为寻求此方案的边界值,设计了最大程度降低热输入的逐层20W和逐层30W递减方案,并对其进行了仿真模拟,对比相关特征点的热循环曲线可发现,这种方案可以明显降低打印过程中出现的热积累效应。依据新的设计方案,进行了相关的成形试验并进行了系统对比分析,表征结果表明:与一个参数一打到底成形相比,新方案所成形的薄壁零件性能更优更均一,组织也更加均匀,对3D打印金属薄壁零件进行了系统的工艺设计及性能优化提升。