激光金属快速成形技术是近些年在快速成形(Rapid Prototyping,RP)技术和激光熔覆技术基础上,融合了机械精密传动、数控技术、计算机技术、激光技术、材料科学技术以及传感技术等多学科的高精尖绿色加工技术。激光金属快速成形技术以其独特的优势从一开始就受到国内外学者的高度重视,目前该技术已成为激光加工领域研究的热点问题。激光金属快速成形技术是利用高能激光束局部熔化金属表面形成熔池,同时将金属原材料侧向或同轴送入熔池,形成与基体金属冶金结合,其实质是在计算机控制下的三维激光熔覆技术。送粉系统是激光金属快速成形技术中的关键技术。送粉系统主要由同步送粉器、同轴送粉喷嘴、混粉器以及分粉器四部分组成。本课题针对送粉系统存在的送粉不稳定、不均匀、粉末汇聚性差、粉末利用率低以及长时间工作送粉喷嘴容易受热变形等问题开展了一系列工作。本文分析了现有送粉器在实际工作中的不足之处,针对现有送粉器难以输送细粉末的问题,在固气两相流输送理论的基础上,基于现有的刮吸式送粉器改进设计了一种摆针刮吸式送粉器。在同轴送粉喷嘴的设计过程中,首先,设计多组送粉通道结构参数,结合同轴送粉粉末流场的固气两相流特性,采用FLUENT有限元分析方法对粉末流场进行模拟分析,通过比较模拟结果,分析了送粉通道结构参数对粉末流场的影响,并选择最佳模拟方案。其次,设计了喷嘴的冷却系统并通过有限元分析的方法分析了喷嘴的冷却效果。再次,结合固气两相流理论,采用有限元分析的方法对混粉器和分粉器进行了结构设计。最后,采用FLUENT有限元分析方法分析了不同送粉参数和不同物性粉末对同轴送粉喷嘴粉末流场的影响,以及该同轴送粉喷嘴输送混合粉末时的粉末流场。通过气动送粉实验对送粉器的稳定性、适用范围以及同轴送粉喷嘴的粉末汇聚性进行了实验分析。最后,将所设计的送粉系统与实验室现有的设备搭建一套完整的激光金属快速成形系统。应用该系统进行了钛基耐磨功能梯度材料的激光金属快速成形实验。观察分析成形件的表面形貌和组织成分,并计算了粉末利用率。