多元扭曲结构件在航空航天、机械、船舶等领域具有广泛应用,该类零件具有大倾角、悬垂和扭曲等结构特征,传统上多以数控铣削、铸造、特种加工等加工方式为主。但这些加工方式存在材料利用率低、生产周期长和加工成本高等问题,在某些场合下无法达到实际使用要求。激光熔覆成形技术是一种新型的快速成形技术,具有成形零件结构复杂、无模具近净成形、工艺制程简单等优点。本文基于中空激光内送粉技术,对多元扭曲结构件的激光熔覆成形展开研究。本文介绍了多元扭曲结构件的激光熔覆成形系统,分析了中空环形激光的能量分布、光粉耦合特性和光内送粉的粉末分布情况,得到了最佳的光粉耦合位置。研究了基础工艺参数对熔覆单道形貌质量的影响,基础实验表明:熔覆单道的形貌质量与激光功率、离焦量和扫描速度等参数有关。研究了倾斜面上的熔池受力情况,通过适当减小送粉速率、减小光斑直径或者提高扫描速率减少了堆积过程中空间熔池的流淌位移。研究了熔覆喷头在空间变姿态运动位置变换时的偏移补偿,对变姿态熔覆成形结构件的过程作实时的位置动态补偿。建立了熔覆喷头提升量与熔覆单道实际生长高度之间的模型,得到了两者之间的线性关系。建立了熔覆单道不等高生长模型,采用变扫描速度的方式来实现熔覆单道的不等高生长,同时降低对熔覆单道宽度的影响。并进行了不等高扭曲结构件的熔覆成形,验证了该模型的可行性。根据扫描速度对熔覆高度的影响,提出熔覆单道末端逐层逐点定速的方法。通过在熔覆单道末端设置减速点使末端呈凸起状,利用光内送粉熔覆“自愈合”原理对熔覆单道两端进行修复,从而防止熔覆堆积开放截面结构件时两端塌陷。通过开放截面直墙成形实验验证了该方法的可行性,为多元扭曲结构件熔覆成形过程中的末端塌陷问题提供了解决方案。基于法向分层的原理,提出随形离散分层的方法对多元扭曲结构件和截面渐变结构件作路径规划。基于纵向离散分层,横向拼接单元的思想,将截面渐变结构件的路径轨迹信息获取和坐标系之间的相对运动所结合,利用齐次变换矩阵在坐标变换中的应用,将各离散熔覆单元的位置和方向信息存储到齐次变换矩阵当中。使用KUKA程序语言中的几何操作命令将离散单元的工具坐标系与基面坐标系相关联,最终获得截面渐变结构件和多元扭曲结构件的熔覆成形轨迹的程序,并成功完成了结构件的熔覆堆积。采用逐层堆积的熔覆工艺,基于回转工作轴,成功熔覆了多元密排扭曲结构件。对多元扭曲成形件的检测表明:成形的扭曲结构件表面基本平整,无宏观裂纹,表面粗糙度值在5.579μm以内;成形件平均厚度为6.03 mm,成形精度较高,形状尺寸误差在-3.45%～3.09%之间;成形件显微硬度在271.6 HV～284.5 HV之间,显微组织致密均匀,无明显的气孔和裂纹缺陷。