零件的表面精度影响零件的外观、工作性能、可靠性及寿命。激光熔覆3D成形有制造流程短、熔层质量好、材料利用率高等一系列优点,但至今此方法一直还处于为毛坯制造阶段,根据需求大多还需后续精加工来提高和改善其表面形貌、波纹度和粗糙度。本研究基于激光内送粉技术,研究一次熔覆成形出相对高精表面的工艺方法。构建了激光内送粉熔覆实验和检测系统。研究了中空环形激光的能量分布,并基于ANSYS仿真软件对环形激光温度场分布进行数值模拟,采用红外测温仪进行温度场分布验证。分析了环形激光能量及温度分布对激光熔覆成形表面精度的影响。研究了内送粉粉气耦合规律。分析不同送粉管的粉束特性以及准直气压对粉束集束度影响,采用玻璃送粉管可获得较好的粉末集束度,拟合了准直气压和粉斑直径关系,为探究光粉耦合模式对粗糙度影响提供了依据。研究了激光功率、扫描速度和送粉率这三个工艺参数对单道表面质量的影响。发现激光功率对单道熔覆层表面质量有显著的影响,从上表面粗糙度和上表面及侧面黏粉两个指标对表面质量进行了表征。为成形工艺参数的选择提供依据。提出了激光内送粉熔覆过程中三种光粉耦合模式,通过调节粉末集束度和环形光斑离焦量两种方法,形成不同的光粉耦合模式,并在不同耦合模式下进行直墙薄壁件堆积试验。研究了光粉耦合模式对直墙薄壁件表面粗糙度影响。“光包粉”的光粉耦合模式是提高成形件表面质量的关键技术,为之后成形直墙薄壁件和多元扭曲薄壁件提供了关键技术。研究了激光功率、扫描速度和送粉率这三个工艺参数对直墙薄壁件表面质量的影响,激光功率对薄壁件表面质量有显著的影响,从表面粗糙度和表面波纹度两个指标对表面质量进行了表征。成形多元扭曲薄壁件表面平整光亮、无缺陷和氧化层、黏粉较少,表面粗糙度达到1.75-2.83μm,表面波纹度达到16.04-30.15μm,成形件表面质量较好。表面粗糙度、表面黏粉、表面波纹度相较与传统激光熔覆有着显著提升。成形件晶粒较为细小呈现枝晶组织,组织紧密、未见明显气孔、裂纹等缺陷,达到了较好的冶金效果。与传统激光熔覆工艺比较,采用激光内送粉可一次成形出具有相对高精表面的零部件,对于提高激光熔覆工艺水平,满足部分工程直接应用或少无后续精加工,都具有积极的意义。