金属3D打印技术作为一种新型制造技术,无需模具可自由加工复杂结构零件,在汽车、核电、航空航天等领域具有广阔的应用前景。但由于打印过程会经历快速反复熔凝及复杂的传热相变,导致其成形件中出现较大尺寸的柱状晶以及各类缺陷。激光超声检测技术作为一种新型的检测技术由于其灵敏性高、穿透力强、材料适用范围广,可实现无接触式检测等,在3D打印的质量监控方面展现出了较大潜力。本文进行了激光超声技术在金属3D打印中的组织特征表征和缺陷特征成像检测的研究工作。在3D打印的近α相钛合金中,由α相细晶组成的具有优先晶体取向的粗大织构团簇（MTC）的存在导致成型件的机械性能和疲劳强度下降。因此对MTC的尺寸进行无损表征就显得尤为重要。向TC4粉末中加入一定量纳米级B4C粉末,并利用激光熔融沉积（LMD）技术制备3D打印试件。晶界间析出的Ti B和Ti C增强相刺激了狭长α晶体和柱状MTC向等轴晶过渡,得到了由平均尺寸为11-50μm且近似等轴的MTC组成的3D打印试件。本文提出了在这种多晶体介质中传播的超声波的散射诱导衰减和中心频率偏移的理论模型。研究表明,所研究的复合材料具有极窄的结晶学取向分布宽度,即MTC具有很强的各向异性。故MTC对散射诱导的总衰减和光谱中心点频率偏移做出了主要贡献,而α相细晶的贡献则可忽略不计。搭建了一套激光超声纵波检测系统,对实验样品进行组织特征的激光超声表征实验,并进行了超声波特征与组织特征相关性分析。结果表明,实验测得的超声纵波速度与由每个微晶中的Voigt平均速度确定的理论结果的偏差不超过2.23%,这与复合材料试样的宏观各向异性程度一致。超声速度似乎对MTC的尺寸不敏感,而频谱中心点频率偏移与MTC的尺寸近似呈线性关系,拟合度（R~2）高达0.99。针对金属3D打印过程成型过程冶金质量检测与评价的迫切需求,设计并搭建了一套基于激光超声及振镜协同的金属3D打印在线检测系统,实现了激励光斑在检测平面内任意轨迹的二维扫描,及与检测探头的协同运动控制。利用该系统对还有预埋表面缺陷的轧制和LMD铝合金实验样品进行激光超声二维扫查实验。由于金属3D打印材料的表面粗糙度较高,同时打印过程中成型腔内各种因素的影响导致激光超声信号的信噪比较低,从而影响最终的成像效果。针对此问题,本文提出了一种基于改进小波阈值和变分模态分解（VMD）的降噪算法,降噪结果表明,该降噪算法将提高原始信号的信噪比提升至17d B左右,同时将均方根误差控制在3×10-4,证明本文提出的降噪算法在有效提高信号信噪比的同时还能保持信号良好的细节特征,本算法可用于粗糙表面的激光超声信号降噪工作。利用降噪后的超声信号进行了激光超声表面波传播的可视化研究,结果表明表面波在均匀介质表面传播时幅值不会发生明显变化,而当表面波的传播受到表面缺陷边界的反射作用后会导致透射过表面缺陷的表面波的幅值明显减小。基于此本文提出了基于表面透射波能量法的超声成像检测算法。成像结果表明,本算法可以初步实现对粗糙LMD铝合金实验样品表面的亚毫米级别的缺陷进行检测。