选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术是金属增材制造技术中发展极为迅速、应用极为广泛的一个重要分支,可以直接成形任意复杂形状的金属零件。悬垂结构是复杂形状零件中无法避免的典型结构,翘曲变形在悬垂结构中非常普遍,悬垂结构在接近极限成形角度时会出现严重翘曲变形导致零件成形失败,同时极限特征悬垂结构成形质量会对3D打印构件的整体质量产生重要影响。因此本文针对316L不锈钢材料,建立悬垂结构SLM成形过程有限元仿真模型,使用仿真预测和实验验证相结合的方法,获得优化极限成形角度悬垂结构成形质量的3D打印工艺方法,对极限成形悬垂结构尺寸-变形相关性进行分析,揭示能量密度输入和尺寸特征对极限成形悬垂结构成形的影响机理。首先,本文基于SLM成形316L不锈钢优选工艺参数的输入能量密度,提出了改变能量密度输入配比的多重曝光工艺,采用非耦合热-力学建模方法建立了悬垂结构SLM成形的微观尺寸有限元仿真模型,利用仿真温度变化、残余应力、变形量结果分析预测了能量密度输入和尺寸特征对悬垂结构成形的影响。仿真发现,相比于能量密度输入配比为100%的工艺参数,能量密度输入配比为10%+90%、20%+80%、30%+70%的多重曝光工艺参数对悬垂结构成形有较好的改善效果,同时发现成形层宽度、成形层长度、悬垂面长度等尺寸特征与悬垂结构变形存在相关性。然后,研究了能量密度输入配比为100%时不同成形角度对悬垂结构成形质量的影响,采用仿真预测的优化参数制备了 35°极限成形角度悬垂结构样件,基于成形效果进一步优化了能量密度输入配比,对优化的极限成形角度悬垂结构成形质量进行了分析,获得了优化能量密度输入配比的多重曝光工艺参数,最终通过分析悬垂结构成形层形貌和能量强度特征揭示了不同能量输入对成形质量的影响机理。研究结果表明,能量密度输入配比为 20%+80%、25%+100%、10%+10%+85%、10%+10%+90%的多重曝光工艺参数提高了 35°极限成形角度悬垂结构的成形能力,其中能量密度输入配比为10%+10%+90%时35°悬垂结构样件具有最优的成形质量。最后,采用能量密度输入配比为10%+10%+90%的工艺参数成形了不同尺寸特征的悬垂结构,建立了悬垂结构整体翘曲变形测量和评价方法,研究了不同成形层宽度对极限成形角度悬垂结构翘曲变形的影响,研究了成形角度、成形层长度以及悬垂面长度对成形层宽度为0.5mm的极限悬垂结构翘曲变形的影响,通过分析成形层输入能量强度特征解释了悬垂结构尺寸对变形的影响机理。结果表明,悬垂结构尺寸特征变化会改变成形过程中能量输入强度和应力累积程度,最终导致不同程度翘曲变形的产生。