斜壁结构是复杂结构件中的常见部分,金属增材制造的支撑体设计困难,且由于工艺参数和材料成分不同,支撑体设计很难具有普适性。金属增材制造的支撑体质量较重难以固定,抗热和抗变形要求较高,支撑体的后期去除工作比较繁琐,影响了生产效率。研究斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造对成形结构件具有重要意义。同时斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造中,支持力随着倾斜角度的增大逐渐减小,为空间微重力增材制造提供基础参考数据。因此本文搭建了倾斜角度可控的激光熔丝增材制造实验平台,开展316L不锈钢斜壁无支撑结构激光熔丝增材制造工艺研究。主要工作如下:基于激光熔丝增材制造成形规律和工艺窗口对激光熔丝增材制造工艺研究至关重要,通过送丝速度、扫描速度、激光功率三个关键工艺参数对单道单层堆积体成形形貌和成形尺寸研究,探索激光熔丝增材制造成形规律和获得良好的成形工艺窗口。随着送丝速度增加,熔高熔宽增加,随着扫描速度增加,熔高熔宽减小,随着激光功率增大,熔宽增加,熔高略有减小。送丝速度2.6 m/min,扫描速度0.012 m/s,激光功率3500 W单道单层堆积体成形形貌较好。通过对倾斜角度下激光熔丝增材制造流体行为研究,发现随着堆积层数的增加,层间热累积加剧,熔池的尺寸增加幅度较大。受重力的影响,熔池倾斜向下流动趋势加强,造成堆积体下侧边缘形貌出现局部轻微凸起和凹陷。堆积过程中主要存在流淌和驼峰问题,驼峰的形成周期在415～901ms之间,驼峰的高度在3～4 mm之间,对驼峰的行为特征进行了观察与分析,揭示了驼峰的形成机理。通过工艺优化减小热输入与送丝速度,同时对激光熔丝增材制造过程温度场进行了有限元仿真研究,控制层间堆积的冷却时间为100 s,实现了单道十层斜壁无支撑结构堆积体的优良制造。堆积体的组织由大量晶粒较小的柱状晶组成,柱状晶的宽度在6.2～9.2μm之间。堆积体力学性能优异,中部区域硬度分布高而平均,平均硬度为191HV。横向拉伸强度为638 MPa,延伸率为50%,高于相同化学成分组成的316L铸造态试样。