激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）作为增材制造（Additive Manufacturing, AM）的关键技术之一，以其能够迅速生产复杂金属构件的能力而著称。该工艺的核心特点包括快速的加热与冷却过程、陡峭的温度梯度以及周期性的热循环，这些因素共同的作用使得LPBF过程中对材料微观结构的原位调控面临重大挑战，同时要求在保证构件高密度与高精度之间取得平衡。然而，这些工艺特有的热行为往往促使非平衡态的形成，进而可能对成品部件的性能造成负面影响。加之LPBF在制备高质量近净形构件时表现出的较慢构建速率，使其工业应用受到了一定的限制。

为解决这一问题，已有研究指出，通过优化高功率（P≥ 400 W，HP，High-Power）LPBF的工艺参数以调整局部热输入，能够有效提升生产效率并更好地控制微观结构。但目前关于HP-LPBF的研究大多聚焦于钢材和镍基超合金，涉及钛合金的研究相对较少，且较大的层厚和激光光斑直径往往限制了打印的分辨率，因此通常还需辅以后期热处理步骤来优化微观结构。鉴于此，有必要探索一种适应高激光功率条件下的加工策略，既能确保实现期望的微观组织形态，最大限度地减少工艺诱发的缺陷，以获得优异的机械性能，又能保持物理属性的一致性。

在此背景下，迪肯大学的研究团队深入分析了在激光功率为600 W时，三个主要激光参数，即扫描速度（v）、扫描间距（h）和离焦量（f）对Ti-6Al-4V立方体试样的成形高度、宽度、表面粗糙度、密度及其微观结构的具体影响，并获得较窄的工艺窗口，可用于制备具有高密度和目标微观结构的近净形Ti-6Al-4V样品，从而达到优异的机械性能指标。相较于低功率下的LPBF制造，采用较高的激光功率时，通过精确调控扫描速度、扫描间距和离焦量等关键参数，可以有效地降低形成理想层状α+β微观结构及α相球化所需的临界能量阈值。实现结果显示，通过微调关键加工参数，利用高功率LPBF可以在提高构建速率的同时，生产出高性能的Ti-6Al-4V材料，且对尺寸精度的影响极小。这项工作不仅深化了科研人员对高功率环境下LPBF工艺优化的认识，也为实现高效、可持续地生产具有卓越机械性能的高品质Ti-6Al-4V组件奠定了坚实的理论基础和技术支撑。

相关研究成果以题为“Microstructure Control in Additively Manufactured Ti-6Al-4V During High-power Laser Powder Bed Fusion”的论文发表在《Additive Manufacturing》上。

图1.在600W激光功率下打印的Ti-6Al-4V立方体不同区域的物理特性及显微组织特征图。

图2.在600W激光功率下，扫描速度分别为（a）600mm/s，（b）900mm/s，（c）1200mm/s，（d）1500mm/s，（e）1800mm/s，（f）2100mm/s，（g）2400mm/s，（h）2700mm/s对Ti-6Al-4V立方体（侧面）表面形貌的影响。

图3.打印的几何图形与实际设计的偏差。

图4.在高功率（600 W）激光粉末床熔融过程中构建的Ti-6Al-4V的β晶粒及其各自织构（沿构建方向）的EBSD IPF分布图。