增材制造,又称3D打印,是一种新型的制造技术。相比于传统加工方法,具有无模具、快速、近净成形等优势。为了使增材制造构件在工程中得到更广泛的应用,研究其力学性能尤其是疲劳性能就十分重要。本课题基于等离子电弧,以316L不锈钢焊丝为材料进行增材制造。首先,针对沉积单道的表面成形质量及宏观尺寸,采用正交试验方法研究焊接电流、送丝速度和沉积速度对表面成形及宏观尺寸的影响。接着根据选取的最优工艺参数进行增材块体的堆积,分别对平行于单层(SD)、45°和平行于堆积方向(BD)三个不同的方向进行取样。通过金相组织、扫描电镜、电子背散射衍射等观察微观组织,通过单轴拉伸、疲劳等力学性能试验分析不同方向的差异。并且将微观组织与力学性能相结合,深入分析微观组织对增材制造316L不锈钢各向异性的影响,得出以下结论:不同工艺参数对沉积单道宽度的影响,焊接电流>沉积速度>送丝速度;对沉积单道高度的影响,送丝速度>焊接电流>沉积速度;对沉积单道宽高比的影响,送丝速度>焊接电流>沉积速度。当道间距为4.5 mm时,得到的单层表面平整。SD样品和45°样品的拉伸性能和疲劳性能相差不多,说明在垂直于堆积方向的平面内没有表现出明显的各向异性。然而,BD样品的拉伸性能和疲劳性能劣于SD样品和45°样品,表现出了各向异性。三个方向在10~6下的疲劳强度分别为170 MPa、180 MPa和140 MPa,劣于传统方法得到的316L不锈钢。增材制造得到的材料出现的各向异性,主要归因于微观结构和缺陷的方向性。增材制造所特有的微观结构对机械性能的提升具有促进作用,而缺陷的存在则不利于机械性能的提升。缺陷对于疲劳性能的影响远远大于对拉伸性能和冲击性能的影响,其拉伸性能可以达到锻件的水平,而疲劳性能则远低于锻件的水平。针对不同方向上的疲劳寿命,提出了一个基于应变能量的疲劳寿命预测公式,可以同时预测三个方向,并且误差在一个可以接受的范围内。