激光增材制造过程中,粉末材料受激光辐照经历熔化、润湿、铺展、凝固等物理变化,在数微秒内受重力、表面张力、热毛细力、蒸发反冲压力等物理效应影响。复杂的多物理制造过程对成形质量调控提出了挑战。本研究针对选区激光熔化（SLM）复杂多物理过程致使复合材料构件成形质量控制难题,构建了基于几何光学的线迹追踪（GO-RT）模型与基于计算流体动力学的复合粉末熔化（CFD-PM）模型,探究了激光工艺参数、陶瓷含量及打印悬垂角度等因素对钛基复合材料的熔池热力学行为、粉末激光吸收行为、缺陷形成过程及单道/多道/悬垂面熔化形貌的影响规律,揭示了激光-材料交互作用机制、熔池热力学行为特性、缺陷形成机制及复杂结构成形机理,为高质量、无缺陷复合材料构件激光增材制造成形提供理论基础和科学依据。针对TiC/Ti6Al4V复合材料成形过程复杂的激光-粉末交互作用过程,构建了三维介观尺度激光吸收行为的GO-RT模型,研究了陶瓷颗粒含量对激光辐照能量分布行为、激光多重反射行为的影响规律。结果表明,陶瓷含量从0 wt.%增至5 wt.%,激光与粉末的交互作用次数显著增加,粉床辐照能量分布均匀化,激光吸收率由0.655增至0.720。发现1 wt.%或3 wt.%陶瓷含量有利于提高激光吸收率并减少粘粉与球化现象。过量加入Ti C（5 wt.%）极大提高了完全熔化粉末所需的能量,造成了局部激光吸收率的不稳定性并降低熔道表面成形质量。针对TiC/Ti6Al4V复合材料成形过程中粉末熔化、润湿、铺展、凝固等物理过程,构建了介观随机堆积粉末颗粒熔化模型,研究了成形工艺参数对熔池热行为、流体力学行为和熔化凝固形貌的影响规律。结果表明,随激光能量密度由70 J/m增至180 J/m,熔池内成形温度由2200K增至3300 K,熔体最大冷却速度由2.17×10~7 K/s增至5.62×10~7 K/s,液态熔体停留时间由18μs增至72μs,熔体润湿与铺展能力显著增强。受热毛细对流驱动,熔池内气体迅速逸出并显著减少残余孔隙。熔池表面形貌由连续多孔变为平整构件表面;而过高的激光能量密度（180J/m）易诱发熔池的不稳定性,导致不规则凝固迹线和飞溅、球化的现象,进而降低表面质量。针对SLM成形悬垂中空结构的工艺难点,研究了悬垂角度（15°,30°,45°,60°,75°,90°）对熔池热力学行为、粘粉挂渣和悬垂面形貌演变的规律。结果表明,介观尺度下的激光增材悬垂结构主要表现为熔道无支撑扫描长度。悬垂角度由90°减至15°,悬垂面粗糙度Sa由14.21μm增至86.04μm。随悬垂角度减小,实体支撑作用减弱,高温下的低粘度熔体优先润湿四周及下方的未熔化金属粉末,并填补粉末颗粒间隙。因此,熔体表面收束作用下降,易产生孔隙、球化等缺陷,导致悬垂面熔化形貌产生偏差并降低表面成形质量。