近年来增材制造技术发展越来越成熟,已经广泛应用于航空航天、医疗齿科、轨道交通及模具等行业,根据当下工业生产需求及发展趋势,本课题设计并搭建了一套PTA（Plasma Transferred Arc）金属粉末增材制造控制系统,用于实现金属构件的快速成型。系统分为热源控制和运动控制两部分。热源控制部分采用PLC为控制核心,结合威纶通触摸屏实现保护气、离子气、维弧焊机、主弧焊机、送粉气、送粉控制器按时序启停,使用PLC的模拟量输出功能实现触摸屏对维弧焊机电流、主弧焊机电流及送粉速度的设定。同时为方便生产,在热源程序中添加子程序,设置触控与联控两种热源控制模式,可实现热源两种控制模式的切换,并在触摸屏中实现两种控制模式下各时序时间间隔设定。运动控制部分由三轴滑台、步进电机驱动器、步进电机、运动控制卡和PC机组成。使用Solid Works软件建立水轮机叶片三维模型,研究了基于STL格式的模型分层算法,并对水轮机叶片进行了分层处理。以Arduino MEGA 2560控制卡为运动控制核心,设计运动控制卡软件与硬件,使运动控制卡具有读取G代码、解析及编译G代码和脉冲信号输出等功能。根据PTA金属粉末增材制造三维运动载荷要求,选择合适的步进电机及步进电机驱动器,使用丝杠传动机构搭建三轴滑台,通过步进电机驱动丝杠滑块移动实现模型三维路径扫描。通过旋转编码器建立热源控制与运动控制之间的联系,实现增材制造过程的一体化控制。整个增材制造系统搭建完成及调试结束后,在尺寸为150 mm×150 mm×5mm的Q235钢板上进行单层单道工艺试验,分析增材电流、送粉速度和增材速度等参数对增材层成型的影响,并找出理想的试验参数。研究了热积累对增材制造成型的影响,通过数值模拟分析得出水冷条件下增材制造成型件冷却效果明显优于无水冷条件下成型件冷却效果。进行水轮机叶片模型增材制造工艺试验,增材粉末使用Fe60合金粉末,送粉气与离子气均为99.9%Ar。最终成型的叶片层数为6层,层高为3 mm,成型高度为18 mm。验证了该增材制造控制系统的可行性及可靠性。最后研究了PTA金属粉末增材制造对合金粉末性能的要求,分析了增材制造过程中易出现的问题,尤其是双弧现象的形成机理及防止措施。