钛合金具有比强度高、耐蚀性、综合力学性能优异、生物相容性好等特点，被广泛应用于航空航天、深海作业及生物医疗领域。本文描述了自主研发的光纤激光同轴送粉增材制造设备，重点分析了激光增材制造不同成分Ti-Al合金加工过程，并对激光增材制造Ti6Al4V成型件在不同工艺参数下的显微组织变化进行了研究。设计开发了包括送粉器、混粉器、同轴送粉喷嘴在内的多路同轴送粉系统，并将送粉系统集成到IPG光纤激光器和ABB六轴机器人，连同光谱监测设备开发了光纤激光同轴送粉增材制造系统。通过实验设计（Design of Experiment），获得了光纤激光增材制造Ti6Al4V的优化工艺参数。采用光谱仪对激光增材制造不同成分的Ti-Al合金过程中产生的等离子体光谱进行了实时监测。利用两条Ti-I原子谱线和两条Al-I原子谱线求得4线强度比，并对不同成分对应的线强度比做了线性拟合，线性相关系数最好的线强度比拟合直线达0.9883，最大的百分比误差为8.9%。等离子体温度是利用390-410nm之间的5条Ti-I谱线绘制玻尔兹曼平面求得，用Voigt对波长为348.48的Ti-II谱线拟合得Stark展宽，通过Stark展宽计算得到不同成分对应的电子密度。利用二次曲线对不同成分比例下的等离子体温度以及电子密度进行拟合，结果表明随着Ti含量的增加等离子体温度和电子密度都随之增加，不同的是等离子体温度的增长速度逐渐放缓，而电子密度的增长速度逐渐加快。运用光学显微（OM）、扫描电子显微（SEM）等表征技术对激光增材制造Ti6Al4V合金不同工艺参数（激光功率、扫描速度、送粉量及保护气流量）条件下显微组织及其形成机理进行了研究。研究表明试样宏观形貌表现为靠近基材底部为沿沉积方向外延生长的粗大柱状晶，试样顶部为等轴晶，试样顶部存在柱状晶/等轴晶转变；微观形貌表现为从基体至试样顶部依次为基体板条状组织、片状组织、网篮组织、细密马氏体组织、等轴β晶组织等。在其他工艺参数一定的情况下，随激光功率增加，沉积宽度逐渐增大，沉积厚度呈现先增加后减小、等轴β晶粒尺寸增大，β晶内组织越粗化；随着扫描速度的增加，晶内组织变得更加细长；随着送粉量的增加，沉积厚度增加，其组织相对更加细密。本文中，保护气体流量对显微组织影响不大。采用镶样法制样过程中会产生应力诱导马氏体相变，因此采用电解抛光法制样能更真实的反应成型件的显微组织。