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金属增材制造是近年来在快速原型技术（Rapid Prototype，RP）的基础上不断发展和完善起来的一项新技术。金属增材制造技术利用计算机三维技术将3D模型分层切片，结合CNC数控技术和高能量激光束将金属粉末熔化并逐层累加形成实体零件。目前该技术已在航空、航天、医疗等领域有广泛的应用，在其他领域未来该技术必将得到更广阔的发展。 本文以973激光快速成形项目为依托，研究影响金属增材制造的关键参数与成形温度、应力、成形质量的关系;以钛合金TC4为突破点，解决成形过程中变形开裂、成形表面不平整导致成形无法继续进行以及塌边等质量问题;实现金属零件的快速、低成本增材制造。本文采用实验与仿真相结合的的方法，综合分析关键成形参数对成形质量的影响。使用高温热像仪监测成形时的熔池温度;用小孔法和压痕法测残余应力;利用有限元软件MSC.Marc对增材制造过程进行仿真，得到瞬态温度场和应力场的演化规律，揭示了金属增材制造过程温度场与应力场的关系，总结了演化规律，达到项目的预期要求，实现金属材料增材制造过程从参数实验、模拟加工、试加工、检验检测到最后整体加工成形的全过程预测。本文主要的研究内容与成果如下: 1、利用生死单元技术与移动高斯热源，通过有限元软件MSC.Marc实现TC4增材制造过程的试验样件模拟。模拟采用热力耦合求解方式进行，加快了求解速度;求解结果的温度与实测温度进行了对比，变化趋势相同，验证了模拟的正确性。从结果文件中提取出的温度场、温度梯度、热应力场和残余应力场的分布，便于总结规律，实现了对成形试件时间上和空间上的全面观测。 2、在完成试件模拟的基础上开发了可视化参数设置系统，实现工艺参数、试件几何尺寸、材料物理参数、结果提取设置的直接输入，生成有限元前处理软件MSC.Mentat可以读取的过程文件，从而提高试件模拟的速度、易于实现成组模拟。该可视化人机对话系统大大缩短了建模的时间和对MSC.Mentat软件操作的要求，使研究人员可以把主要精力用于对不同参数模拟结果的分析中。 3、提出了改善和抑制塌边的新扫描路径。提高了体积成形的输入功率，加快了增材制造速度、节省了时间;同时也提高了表面质量和表面平整度，使加工可以连续进行;保证了加工零件的尺寸，尤其对等截面柱状零件，截面尺寸基本一致。该扫描路径是大型零件增材制造顺利进行的有力保障。 4、利用生死单元技术对钛合金增材制造过程进行热力耦合数值求解，得到顶层三个位置的残余应力。对关键参数与残余应力做多元回归分析，得到多元回归方程。通过有限元分析和实验验证了多元回归方程的正确性，证明多元回归方法是减少不同参数下成形件残余应力的预测与试验时间、对既定参数残余应力评估的有效方法。 5、研究成形过程常见的转角与弯曲半径构成的复杂薄壁件零件的成形过程，得到不同转折角度、弯曲半径对成形质量的影响，并提出提高质量的方法。解释了制造中在转角与转弯处常见的质量通病，为完善加工工艺提供理论支持。 6、提出了子区域模拟方法，解决了大型零件增材制造过程无法模拟或模拟时间长的技术现状。这是种新方法是将整体的模型按照成形区域进行分解，每个部分都可以进行单独的计算。可同时在不同的计算机上计算，也可在一台计算机上分别计算。在计算过程中不需要进行数据交换，当每个子区域完成计算后，将所需要的模拟结果提取出来后进行叠加得到整体的模拟结果。利用该方法已进行了整体叶盘零件的模拟，类似零件已进行了增材制造。