随着节能制造和环境友好制造的提出,降低能耗与提升能效成为制造领域研究热点之一。特别是在中国制造2025提出之后,绿色制造工程越来越为大家重视。而制造业耗能巨大但制造工艺过程中的有效能量利用率极低一直是产业和能效研究领域亟待解决的问题。对新兴制造工艺过程的能效进行研究,特别是对激光金属直接沉积成形这种具有高能耗低能效的新型智能制造方式进行绿色评价显得尤为重要。首先,本文通过分析激光直接沉积工艺过程的能量流,确定了沉积过程中被有效利用于沉积的能量为熔化沉积件所需的能量,建立了工艺能效评价指标。并以热力学为基础,依据沉积体积所需的熔化焓值,建立了包含单道单层成形、单道多层堆积、多道单层搭接以及多道多层搭接堆积这四个不同工艺类型的激光直接沉积制造工艺能效模型。创新性的提出了在实验过程中通过添加WC以改变晶粒大小,进而使得沉积层与层之间出现明显的界面。并通过分析实验检测与测量的结果,对工艺能效模型中关键参量如熔池平均温度、沉积层横截面积、基材熔化面积、单道多层能量系数以及多道单层能量系数进行了回归识别并建立了回归识别函数,进而建立了只与沉积成形工艺参数有关的工艺能效数学模型。然后,依据工艺能效数学模型深入研究了激光直接沉积过程中各工艺参数对工艺能效的影响规律。在保证沉积工艺性能的前提下,应选用较低的激光功率、较大的送粉速率、较小的扫描速度以及0.5的搭接率以降低体积比能,提高能量有效利用率;同时,沉积层数以及沉积道数越大,能量有效利用率就越大。提出了以在最佳工艺能效和最佳工艺性能下的共有工艺参数范围为桥梁的激光金属直接沉积工艺能效与工艺性能协同研究思路,为探究工艺能效与工艺性能的协同机理提供了可行性依据。