激光金属直接成形技术是基于激光熔覆技术以及快速成型理论所形成的一种新型激光增材制造技术。由于其层层堆叠的制造特点可以将传统的三维减材成形转化为二维增材成形。该技术具有加工精度高、经济性好、建模简单、加工周期短等优点,具有极其广泛的研究前景,目前已经被列入“中国制造2025”计划。本课题以激光增材制造核电动力系统凸轮轴为背景,对12CrNi2粉末激光金属直接成形技术进行“控形”、“控性”以及应力分析三方面的研究,获得成形无缺陷并且性能良好的工艺参数,并借助有限元技术与实际测试对其成形试件的残余应力分布进行分析。通过宏观金相分析以及渗透探伤检验,对SUS304不锈钢、Q460E两种基板材料,不同转速的送粉量,不同激光功率参数进行工艺窗口确定。在功率1300W以上获得了无未熔合的成形试件,选用Q460E基板获得了无裂纹的成形试件,选用8g/min的送粉量获得较高层厚,且无缺陷的成形试件。在确定工艺窗口基础上,通过ABAQUS软件有限元分析技术对激光功率、预热温度、扫描速度三种参数增材成形的温度场以及残余应力分布进行了数值模拟,得出了各参数对熔池最高温度、温度梯度、冷却速率、残余应力的影响规律,并指导下一步试验。在确定工艺窗口的基础上各参数成形试件致密度均高于95%,随扫描速度与激光功率增加致密度略有下降。表层组织为贝氏体、马氏体和针状铁素体,里层组织为粒状贝氏体和铁素体。各试件强度均高于12CrNi2国家标准强度790MPa,经综合对比分析1400W,预热150℃、扫描速度8mm/s为最优佳工艺参数,其抗拉强度最高,为911MPa,高出国家标准15%。各试件截面硬度分布从表层至里层有所下降,预热300℃与扫描速度6mm/s两种参数试件硬度下降明显。随激光功率增大、扫描速度降低以及预热温度减少,残余应力值有所增加,试件测试区域纵向应力在176MPa-293MPa之间,横向应力在173MPa-281MPa之间。纵向应力在后端沉积道区域拉应力集中,横向残余应力在试件沿长度方向两侧区域拉应力集中。