铝合金和钛合金作为两种常用轻合金,具备轻质、高比强和高韧等优异性能,是高端装备轻量化制造的关键材料。激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）是一种粉床金属增材制造技术,可实现复杂金属构件几何尺寸精确可控的材料-结构一体化成形。由于SLM的极端非平衡凝固过程,传统牌号的铝、钛合金在SLM成形时面临冶金缺陷难抑制、非平衡组织难调控、应力变形难控制及综合性能难提升等问题。因此,本文以Al-Cu-Mg和Ti-6Al-4V合金为例,针对冶金缺陷形成机制、专用材料成分设计方法、强韧化机制和多材料点阵结构设计与SLM成形等内容开展研究工作。针对锻造铝合金的成形难题,通过SLM过程模拟、热力学计算、SLM与热处理工艺,对变形Al-Cu-Mg合金开展了成分设计与强韧化方法研究。发现工艺优化方法可以有效地抑制孔隙,但无法完全消除裂纹。裂纹形成机制为SLM成形时熔池边界与热影响区的局部最大应力超过了铝合金的极限强度,并且熔池内部柱状晶间的残余液膜在凝固时发生收缩而引发裂纹。通过裂纹敏感因子、晶粒生长抑制因子及相图等热力学计算,发现采用Ti元素和Ti B2陶瓷颗粒改性的方法可以有效解决Al-Cu-Mg合金难成形的难题。通过1.5 wt.%Ti元素改性,SLM成形过程中生成大量Al3Ti纳米颗粒充当形核剂,显著促进了铝合金晶粒细化和等轴晶转变,抑制裂纹萌生。Ti改性后Al-Cu-Mg合金抗拉强度为403.4 MPa,屈服强度为373.2 MPa,延伸率为9.3%。添加1-3 wt.%Ti B2的复合材料显微组织为均匀细小的等轴晶,抗拉强度分别为486.3 MPa、551.2 MPa和592.2 MPa,屈服强度分别为453.7 MPa、523.4 MPa和570.8 MPa,延伸率分别为13.9%、10.1%和4.8%。1 wt.%Ti B2/Al-Cu-Mg-Ti复合材料经T6热处理后,抗拉强度和屈服强度分别升高至534.2 MPa和504.1 MPa,延伸率降低至10.8%。针对Ti-6Al-4V的组织性能调控难题,开展了SLM成形Ti-6Al-4V合金及Ti B/Ti-6Al-4V复合材料、固溶-时效热处理工艺及梯度材料点阵结构制备等研究工作。Ti-6Al-4V沉积态组织为α’针状马氏体和粗大β晶,抗拉强度为1149.6 MPa,屈服强度为1076.4MPa,延伸率为6.6%。在Ti-6Al-4V粉末中添加Ti B2颗粒可在SLM成形时原位生成针状Ti B颗粒。添加1 wt.%Ti B2时,极限抗压强度和屈服强度分别提高至1539.3 MPa和1337.7 MPa,断裂应变降低至9.7%。当Ti B2含量继续增加时,复合材料内部孔隙增多,力学性能降低。对添加1 wt.%Ti B2的复合材料进行1000°C固溶+600°C时效热处理,基体转变为均匀的α+β组织,极限抗压强度为1680.1 MPa,屈服强度为1146.8 MPa,断裂应变为20.1%。SLM成形的Ti B/Ti-6Al-4V梯度材料点阵结构的各梯度界面冶金结合良好,与均质Ti-6Al-4V点阵结构相比,具有较高的屈服强度和弹性模量。最后采用SLM成形Al-Cu-Mg-Ti/Ti-6Al-4V多材料点阵结构,发现在材料界面形成大量冶金缺陷。在两种合金之间引入纯Cu中间层,避免Al和Ti直接接触,可有效提高材料界面冶金结合性能。Al-Cu-Mg-Ti/Cu/Ti-6Al-4V多材料点阵结构压缩时,铝合金部分早于钛合金部分发生断裂,实现了不同区域具有不同力学性能的多材料点阵结构制备。