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本文主要针对同轴送粉激光3D打印过程,研究了送粉参数和激光参数的优化设计方法,分析了3D打印制造过程中的激光等离子体特征,以及粉末对激光等离子体的影响。主要工作如下:设计并建立同轴送粉激光3D打印加工系统,以及激光等离子体电荷信号采集系统和激光等离子体图像信号检测系统;针对同轴送粉激光3D打印过程中所涉及到的送粉参数和激光参数,采用图像分析、沉积层分析等方式,运用回归分析、对比分析等方法进行参数优化;针对同轴送粉激光3D打印过程中产生的激光等离子体,通过检测其电荷信号、图像信号,分析激光等离子体演变特征,研究加工过程中粉末流对激光等离子体的影响,以及当送粉参数和激光参数改变时激光等离子体的变化。研究结果表明:适用于同轴送粉激光3D打印的最佳参数组合为:内层载粉气体流量4L·min-1,外层辅助气体流量17L·min-1,激光峰值功率6kw,激光脉冲宽度4.5ms,离焦量8mm,利用该参数组合可以获得最佳沉积层成形;通过分析激光等离子体的喷发状态特征,提出激光等离子体的喷发模式可以分为稳定喷发模式和非稳定喷发模式,其中非稳定喷发模式可以分为主波-副波模式和非均匀主波模式;通过对比有粉末流和无粉末流两种情况下的激光等离子体的电荷信号和电子温度信号,提出粉末流的存在增强了激光等离子体的喷发强度、缩短了激光等离子体的喷发持续时间;通过改变送粉参数和激光参数,发现激光等离子体的电子温度和喷发持续时间随着内层载粉气体的增加而增加,随着外层辅助气体的增加而增加,随着送粉量的增加而先增加后减小;激光等离子体的电子温度随着扫描速度的增加而先增加后减小,随着激光脉冲频率的增加而先减小后增加,随着激光脉冲宽度的增加而先快速增加后趋于平稳。当等离子体喷发强度和持续时间增加时,将影响沉积层和粉末流对激光能量的吸收,从而影响激光3D打印的粉末沉积成形效率和质量的提高。