热电转换技术能够实现热能与电能之间的直接转换,有望解决能源与环境问题。但传统的热电器件制备过程一般为减材制造或等材制造,需要经过块体材料的制备、粒子切割、喷涂、电镀、清洗、焊接、封装等多道工序,存在对设备要求高、周期长、原料浪费大、成本高等缺点,制约了热电技术的大规模商业化应用。因此,亟需发展热电器件的新型制备技术。选区激光熔化技术是一种基于材料逐层叠加原理的至下而上的新型近净成形制造技术,通过建立数字化模型,可以在较短的时间内实现复杂形状三维物体的“自由制造”,如若将该技术应用于热电单臂、电极材料的快速制造及二者的焊接结合,将大大优化传统热电器件的加工工艺,降低成本。但SLM成形是一个包含复杂的物理化学反应的传热传质过程,成形质量受多参数协同影响,且极高的升降温速率也会导致工件内产生应力应变,进而影响其力学性能。基于以上原因,本文以中温热电材料SnTe为研究对象,提出了一种非线性三维瞬态热-结构耦合有限元模型,研究SLM过程中的温度场及应力场,并通过相关实验进行验证。具体工作如下:基于大型商业有限元软件ANSYS,采用程序设计语言(ANSYS Parametric Design Language,APDL)参数化建模,建立高斯分布面热源,考虑材料属性随温度的非线性变化、粉末与实体之间的热物性差异以及熔化和气化潜热,研究了不同工艺参数下的熔池尺寸、瞬时最高温度、冷却速率、液相时间以及温度梯度。分析后得出,单向扫描方式下,当扫描速率v=300 mm/s,激光功率P=10 W,扫描间距h=40μm,铺粉厚度d=25μm时的熔池更加稳定,温度场更均匀。不同扫描方式对熔池的宽度、深度以及气化程度影响不大,但分区蛇形扫描能够大幅增加熔池长度,减小温度梯度,降低冷却速率。在温度场结果的基础上,保持原有的几何模型及网格划分,采用热-结构间接耦合法,结合“生死单元”技术模拟真实的粉末成形过程,并对熔池进行零应力处理,研究SnTe材料SLM成形过程中的热应力演变及冷却至室温后成形件的残余应力分布。结果表明:扫描过程中热应力的大小及表现形式随光斑的移动出现周期性变化,残余应力则主要表现为沿扫描方向的拉应力,且集中在第一条扫描道及粉层与基板交界处;在可成形条件下,残余应力随着扫描速率及激光功率的增大而增大,当扫描速率v=300 mm/s,激光功率P=10 W时,应力场分布均匀且应力值处于较低水平;扫描间距h越大,应力场分散性越强,不利于成形质量的控制;铺粉厚度d对应力场分布的影响则与h相反,且当d=25μm时保持较低的应力值兼顾应力场的均匀性;缩短加工路径、合理规划扫描区域能够有效降低残余应力,在特殊区域避免应力集中。采用自蔓延高温合成法制备SnTe粉末,对不同扫描速率下的SnTe单道及成形面进行SLM实验研究,观察单道的熔池尺寸、成形面的表面质量及微结构特征,并采用X射线衍射法进行残余应力测试,与应力场计算结果进行对比。结果表明:在可成形范围内,计算获得的SnTe单道线宽度与实验值较吻合,而深度则略微偏低,验证了熔池尺寸的计算结果;当扫描速率增大时,主要成形缺陷由气化变为球化,验证了最高温度及液相时间的计算结果,微结构逐渐精细化则验证了冷却速率的计算结果;X射线衍射测得的σ_x及σ_y残余应力值与模拟计算值吻合度较高,验证了应力场的计算结果。以上结论证明了本研究中的有限元模型的可靠性,为后续进一步采用SLM制造SnTe基热电器件奠定了重要基础,也为其他热电材料体系的激光非平衡制备技术提供了理论指导。