激光增材制造技术是一项集机械、材料、数控、计算机等学科为融合的先进制造技术。该技术以激光为热源,根据三维实体零件经切片处理获得二维截面信息,以点、线、面为基本单元在基材上进行逐层累积制造,最终获得实体零件。激光增材制造能够实现传统加工方法无法或难以达到的具有复杂结构的零件制造,并大幅减少加工工序,减短加工周期。然而由于其工艺的高敏感性,激光增材制造成形件的质量好坏很大程度上取决于加工工艺参数、加工过程参数等因素。激光增材制造是一个典型的快速凝固非平衡冶金过程,熔池温度的稳定对提高成形件的质量具有重要意义。目前国内外大多关于激光增材制造熔池温度闭环控制系统的研究工作主要集中于常规基材下控制算法的创新以及加工过程熔池温度的稳定对最终成形件宏观形貌与微观组织的影响,针对异形基材条件下的控形与控性研究以及熔池温度控制对成形件形貌与组织作用影响过程研究并不多见。因此本文以探究激光增材制造熔池温度闭环控制对零件宏观尺寸精度和微观显微组织作用过程机理为目的,首先通过选取不同规格基材设计实验,确立工艺参数对重要过程状态量及形貌组织的影响关系,然后设计基于PID算法的熔池温度闭环控制系统并进行开环与闭环实验,完成数据结果对比分析。具体工作如下:(1)组建熔池温度监控系统,与激光增材制造系统结合建立了激光增材制造熔池温度闭环控制系统,为熔池温度控制系统的设计提供了软、硬件基础。(2)采用薄基板与厚基板及一定激光功率梯度进行单道沉积实验,系统研究了基板存在薄厚差异条件下熔池温度、冷却速率、形貌及组织的变化趋势,探究了激光功率对熔池温度、冷却速率、形貌及组织的影响关系,并最终确立了熔池温度与形貌、冷却速率与组织的定量作用关系,为后续闭环实验成形件尺寸精度与显微组织均匀性改善提供了有力的支持。(3)实验确立了激光器控制电压于激光功率的线性关系,采用系统辨识法建立了激光增材制造系统模型,设计了基于PID算法的熔池温度闭环控制系统,离线仿真表明该PID控制器具有优良的暂态性能与稳态性能。(4)设计了基于薄厚端异形基板单道多层开环与闭环沉积实验,定量分析了两组实验成形件尺寸精度与显微组织差异。结果表明:熔池温度PID控制系统通过实时调整激光功率维持熔池温度稳定能够通过改善层厚均匀性、平衡粉末利用率来提高成形件横向与纵向的尺寸精度,通过缩小冷却速率各向过大的差异进而提升显微组织各向均匀性,此外对硬度各向均匀性的提高有一定的作用。