激光熔化沉积技术具有热影响区小、不受材料限制、能加工制造复杂结构件等诸多优点,因而被广泛应用于零部件的修复、表面改性以及复杂结构件的制造等领域。然而低粉末利用率(30%-50%)一直是送粉式激光熔化沉积工艺中面临的主要问题之一。随着制造生产需求及能源价格的增加,有效提升粉末利用能力,对于降低激光熔化沉积技术的生产成本,提升其环境效益具有重要意义。在达到加工性能要求的情况下,提高粉末利用能力包括提高加工过程中的粉末利用率和粉末循环再利用两个方面。针对目前复杂位姿加工时粉末利用率变化规律不明确,适用于复杂位姿的粉末利用率模型及四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中粉末循环再利用的研究还有待完善等现状,本文采用在线监测及概率学数值建模两种研究方法从理论和实验两个方面对同轴送粉激光熔化沉积中316L粉末利用率及粉末循环再利用问题展开了详细的研究,具体研究内容如下:首先,考虑毛坯与激光头之间的相对位姿情况建立了适用于复杂位姿的粉末利用率模型。基于概率学构建了同轴送粉激光熔化沉积工艺中毛坯与激光头相对位姿变化时毛坯表面粉末分布密度函数,分析了毛坯与激光头相对位姿变化时毛坯表面粉末分布规律,同时基于毛坯表面粉末分布密度函数建立了粉末利用率模型,采用Matlab对粉末利用率模型进行了理论计算,并利用称重法对粉末利用率模型进行了实验验证。其次,对激光熔化沉积技术中粉末利用率影响因素及变化规律进行了比较全面的研究。在分析了工艺和路径参数对粉末利用率影响的同时,研究了毛坯与激光头相对位姿变化时粉末利用率的变化规律,并基于毛坯与激光头相对位姿变化时的粉末分布模型阐明了毛坯与激光头相对位姿对粉末利用率的影响,为工艺参数的选择与优化及能耗与环境影响分析模型的建立提供了重要的数据支撑。最后,研究了四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积中的316L粉末循环再利用能力。对沉积后的316L粉末进行过筛处理,分析不同循环利用次数的粉末形性特征,然后使用不同循环利用次数的316L粉末进行试件加工,对加工件三维表面粗糙度、微观组织、显微硬度及拉伸强度等质量参数的变化进行了分析,为实际生产中四喷嘴同轴送粉激光熔化沉积316L粉末的循环再利用提供了经验数据支持。