项目属于材料科学与先进制造技术的交叉学科领域。

    以激光增材制造为代表的金属增材制造技术是目前国际智能制造体系的核心内容及国家竞争前沿，也是航空、航天、汽车、模具、生物医学等高新技术领域创新发展的急迫需求。西方发达国家纷纷制定国家战略规划，把增材制造作为提升国家竞争力、应对未来国防挑战优先发展技术之一。其中，具有高性能、高精度自由实体成形特征的激光增材制造正逐渐成为解决军民两用高端装备复杂结构整体化、轻量化及高性能成形制造的重要途径，目前已形成从概念提出转向规模化应用的态势。

    尽管当前激光增材制造技术在大型构件的高效制造方面已取得成功实践，但是，激光增材制造工艺装备技术本身和产品实现之间仍有相当的距离有待跨越。存在问题主要包括：1）激光金属增材制造中沉积层形成机制和合金化机理没有明确，增材制造质量控制缺乏科学理论；2）激光增材制造组织形成机理不清晰、不系统，尤其是有待于建立基于凝固与固态相变一体化激光增材制造组织形成理论，从而实现组织性能的主动调控，以满足增材制造构件的使役要求；3）激光增材制造过程所涉及的激光-粉末-熔池三者耦合条件下的形性稳定性机理和应力变形机制有待深刻认识，导致目前激光增材制造构件的形性稳定性和可预测性差。

    基于实际工程应用迫切需求和激光增材制造技术水平之间的巨大落差，本项目聚焦于激光增材制造过程所涉及的基础科学问题，以沉积过程所具有的熔池凝固及后续往复再热处理固态相变一体化特征为研究主线，深入研究了 "点-线-面-体"增材制造过程中的全过程冶金行为、组织形成机理、应力应变演化特征，发展了激光增材制造控形控性基础理论和创新调控方法。主要发现点如下：

1.激光-粉末-熔池交互作用机理

    建立了描述激光-金属粉末-熔池的快速热交互作用及熔池冶金动力学行为的理论模型，明晰了气粉交互的粉末流特性、粉末与高温熔池的短时交互机制、超高温移动熔池的润湿铺展、搭接行为，揭示了激光金属增材制造中沉积层形成机制和合金化机理。

2.基于凝固及固态相变一体化的组织形成原理

    厘清了激光增材制造过程非平衡物理冶金及近快速凝固与循环往复固态相变的相互耦合特征，揭示了该技术特有的点-线-面-体沉积态宏微观组织外延生长特性，明晰了其对后热处理下微观组织及相选择的影响机制，进而建立了组织与性能的关系，为调控微观组织实现高性能激光增材制造奠定了理论基础。

3.构件增材制造全过程几何性能控制原理

    建立了增材工艺参数-沉积层几何特征传递函数，发展了激光增材制造过程模拟技术以及过程监测技术，明晰了点-线-面-体逐步叠加下的过程稳定性特征和应力变形行为及控制机制，为实现激光增材制造几何结构精确调控奠定了基础。

    相关研究自2009年以来在金属激光增材制造领域发表SCI收录论文177篇，累计他引2888次。研究成果被材料、冶金、先进制造领域顶级期刊Prog. Mater. Sci.(IF23.75)，Mater. Sci. Eng. R (IF24.48)，Mater. Today (IF24.537)等40余种SCI顶级期刊正面引用。所发展的工艺控制控制方法及装备，解决了我国大型客机、新型战机、高推重比航空发动机和超音速飞行器等20余种重点型号研制任务的瓶颈难题。