等离子熔积直接制造(Plasma Deposition Manufacturing,PDM)是一种利用高能等离子束流直接快速制造满密度、高强度、功能性金属零件的新型成形工艺,具有成形效率高、成本低、加工柔性大、熔积粉体材料和制件规格限制小等优点。然而,作为高能束流直接成形技术的一种,等离子熔积直接制造金属零件技术同样存在应用无支撑难以成形复杂形状零件的技术难题。而多向层积制造技术(Multi-direction Layered Manufacturing, MDLM)则可以有效实现复杂零件的无支撑成形,对拓展PDM的应用领域具有重要意义。为此,本文结合快速原型、CAD/CAM以及多向分层制造技术,探索一种采用高能等离子束流进行多向层积成形的可行途径,研究多向层积的切片算法、成形路径的设计与优化、悬壁度量因子的测量等关键技术难题,最后通过一种复杂金属零件-双扭叶片的无支撑自由成形实例进行验证。基于STL实体模型建立复杂零件的特征识别、实体分解、切片算法、最优制造方向确定和路径填充等关键算法。通过特征识别和悬壁划分将复杂零件分解为多个互为支撑关系的子零件,分别实现切片算法和路径规划,最终生成数控机床加工G代码,从而在多轴机床上实现无支撑复杂金属零件的直接制造。针对等离子熔积多向层积涉及的基础问题,包括复杂零件的特征识别、悬壁类型的划分、实体分解、切片算法、最优制造方向的确定和路径填充方法,本文作了深入的研究,完成了上述多种关键技术的算法,并通过实例验证了算法的正确性。悬壁度量因子直接决定了单元零件的悬壁特征以及最终的加工方法,因此本文对悬壁度量因子进行了实验测定。针对等离子熔积直接成形技术,在合理的熔积工艺条件下,对悬壁度量因子进行了实验测定,得到DG.ZJ55T铁基合金的最大悬壁倾斜角和最大悬壁偏移量,为悬壁类型的划分提供科学依据,进而确定合适的加工方法,最后在微悬壁条件下进行花瓶零件的加工。深入研究了等离子熔积成形的缺陷产生机理,提出相应的解决途径。在上述研究基础之上,采用等离子熔积与铣削复合制造技术,实现双扭叶片零件的直接快速制造。本文研究内容为等离子熔积多向层积成形复杂形状金属零件提供了重要技术支持。