金属增材制造技术种类繁多,这些技术各有各的优势、劣势,各有各特别适用的加工场合。本文将粉床铺粉和电弧热源相结合,提出并研究了一种新型金属增材制造方法——微束电弧选区熔化金属增材制造方法。该方法在保留电弧熔丝增材制造低成本优势的前提下,可以获得高于电弧熔丝增材制造的加工分辨率和加工精度,比电弧熔丝增材制造更适用于成形形状结构复杂、尺寸较小的零件。此外,该方法可以成形梯度材料零件,且可实现成形设备小型化、桌面化。该方法工艺过程是:在粉末床上平铺一层粉末,利用直流微束电弧(电流5A以下)按照零件截面形状扫描本层粉末,扫描区粉末熔化冷却后凝固成形,然后粉末床下降一个层高,再铺一层粉末,重复上述过程,直至成形出三维零件。研制出了微束电弧选区熔化金属增材制造原型装置,可以持续稳定地进行增材制造。通过对极间现象的观测发现正极对电弧的粘滞阻力大于负极,因此确定采用负极性加工。钨极表面氧化钨的形成和升华造成了电极端部的的损耗演变。电弧常在电极侧面放电,这是较细电极能够自锐的原因,电极自锐能够提高成形精度。通过实验研究发现扫描速度过快会发生球化现象,使成形失败。适中的扫描速度和电流可以得到最好的表面质量和尺寸精度。单道熔宽随电弧扫描速度的加快而减小,随电弧电流的加大而增大。增材速率随电弧扫描速度和电流大小的增大而增大。通过仿真分析发现随着扫描速度的加快熔池深度减小。随着电弧电流的加大,弧柱横截面积大幅增加,电弧能量密度减小,熔池深度总趋势是减小的。随着扫描速度的加快,熔池体积、沸池体积、气化占比均减小。随着电弧电流的加大,熔池体积整体上呈先增大再减小的趋势,这是电弧总能量和电弧能量密度综合作用的结果。在电弧电流较小时才会出现沸池,这是由于小电流具有较大的能量密度。总体来看,粉末沸腾气化量占熔化量的比例很小,不会对成形质量产生负面影响。根据实验和仿真研究结果,明确了合理的单层单道成形工艺参数组合。通过对单层多道成形实验研究发现,改变平行轨迹间距,沟道不发生形状尺寸的变化,发生改变的是沟道之间的平整带宽度,选用较宽的平行轨迹间距可以提高成形表面整体上的平整度,并提高增材速率。成形出了单层单道样件、单层多道平面样件和多层单道薄壁样件,其中单层多道平面样件的单边精度达到了200μm。