传统激光近净成形(LENS)金属增材制造技术一般通过软件将CAD模型切片分层,再根据规划的路径,通过激光扫描和金属沉积实现无模具成形。具有平行分层、熔道高度不变、成形方向由下而上等特点。然而,工程结构中存在大量悬垂、扇形、弯管等不等高结构特征,采用传统成形方法存在“阶梯效应”、精度差、悬垂角小等问题,极大制约了LENS技术的发展。本文搭建了LENS柔性加工系统,提出不等高结构件法向分层的路径规划方法。采用自主研发的中空激光光内送粉技术,利用其粉末集束性好,挺直度高等优点实现了大悬垂角成形;采用基于高速CCD相机的层高测量装置,研发了层高控制系统。实时测量层高并反馈控制工艺参数,实现了由法向切片生成的不等高熔道的成形。将扇形和弯管薄壁件进行法向分层,形成若干条不等高熔道,每一条熔道又沿扫描方向均分为数段。相邻段之间设计细小的过渡段,用于调整各段起始位置的喷头位置和姿态。以高速CCD相机为视觉传感器,设计的层高测控系统,实时反馈每一层各段的实际堆高,对每层熔覆后的Z轴提升量作出及时的修正,确保下一层每段的离焦量恒定,保证成形件的宽度一致。设计了速度PI控制器,通过反馈每一层每一段实际堆高和期望堆高之间的误差,对下一层各段的扫描速度进行调节,使各段每一层的实际堆高能够趋近于期望堆高,同时逐渐补偿每一段之前的累积堆高误差,保证各段的实际总堆高和期望总堆高一致,确保成形件的尺寸精度,精确达到变高的效果。最终成形出外貌平整、尺寸精度较高的扇形和弯管薄壁结构件。分析成形件各段实际堆高的控制性能发现,速度PI控制器对实际堆高有明显的调节效果;对成形件进行宏观的尺寸和形貌分析:外貌平整、无明显凸起和塌陷、尺寸误差极小;对成形件进行微观组织分析:各处的晶粒度等级基本一致,都是沿一定方向生长的树枝晶。通过上述实验验证,证实了本文基于层高测量系统设计的速度PI控制器对不等高结构件激光近净闭环成形有明显的效果,大大提高了复杂结构件成形的成功率,显著提升了成形的精度和效率。本文方法对提升LENS金属增材制造技术的复杂度、精度和智能化程度具有重要意义。