激光熔化沉积技术为薄壁构件的快速制造提供了一种新可能,可以实现复杂形面构件制造,大幅缩短制造周期。虽然该技术在铁基、钛基与镍基材料中已有较多应用,但是实现铝合金材料激光熔化沉积制造的挑战性仍很大。铝合金对激光反射率高、热导率大、粉末材料易氧化等特质使得其在激光熔化沉积制造过程极易出现气孔、熔池不稳定等问题,由此导致的强度下降、成形一致性差等难题一直困扰着铝合金零件激光熔化沉积制造技术的应用推广。本文以AlSi10Mg铝合金粉末为材料,系统研究了其薄壁构件激光熔化沉积制造过程的性能与成形控制方法。结合试验、数值模拟及过程监测技术,制备出高强高塑性的铝合金沉积态样件,并实现了不同形状薄壁结构样件成形尺寸的精确控制。首先研究了环境气氛水氧含量、激光扫描速度等因素对沉积材料中气孔率的影响规律,建立了Al Si10Mg激光熔化沉积过程粉末流与熔池交互作用数值模型,分析了熔池流场形态在不同流速粉末冲击作用下的反应,明晰了熔池中熔体流动行为对气孔形成的影响,阐明了连续沉积过程中环境水氧含量、熔池流场、熔池凝固速度等多因素综合影响下气孔的形成机制,并提出了有效控制策略,可控制气孔率在0.5%以下。系统研究了激光功率、扫描速度、扫描方向及送粉角度等工艺参数对铝合金薄壁单墙体成形稳定性、一致性的影响规律,获得了高强高塑性铝合金材料激光熔化沉积的优化工艺规范,沉积态样件的抗拉强度可达到355 MPa、断后伸长率10.1%。微观组织结构分析发现,沉积态铝合金组织主要由α-Al枝晶及Al-Si共晶组成。在一定的激光功率范围内,组织中会形成由α-Al组成的大尺寸棒状相,其晶界角、织构及晶粒尺寸与常规沉积态铝合金中的组织均有较大差异,尤其在棒状相位置发现了大量Σ3晶界,这种特殊大角度晶界对沉积态铝合金力学性能的提升起到重要作用。针对铝合金薄壁件激光熔化沉积过程常出现的坍塌、层高不稳定等成形难题,搭建了成形质量在线监测系统,建立了反射光与层高、红外光与层宽之间的相关性,阐明了反射光在铝合金熔化沉积过程中的监测原理,引入峭度因子提升了监测能力,完成了信号处理与特征信息的准确提取,实现了薄壁铝合金激光熔化沉积过程层高与层宽的实时监测。进一步,以环形壳体、变截面壳体、侧壁大倾角壳体等多种结构的薄壁构件为对象,针对其不同特征位置的热积累状态提出了有效控制策略,结合在线监测技术,实现了上述典型结构的制备,验证了监测技术与工艺策略的可靠性。本文对AlSi10Mg薄壁构件激光熔化沉积气孔抑制、成形控制及过程监测技术的研究,为铝合金薄壁壳体构件的激光熔化沉积制造应用提供了重要的理论依据和技术支撑,同时也为铝合金激光熔化沉积过程相关机理研究进行补充。