在增材制造过程中，金属材料经历循环往复的骤热骤冷过程，会产生较大的温度梯度并产生较大的残余应力，最终导致工件变形甚至开裂。

在激光作用下，金属材料熔化形成熔池，熔池在凝固过程中发生收缩，并且在随后的冷却过程中发生进一步收缩；由于温度分布不均匀，并且成形件形状复杂，成形件不同区域的收缩不均匀。

同时，增材制造是一个逐层加工过程，在后一道激光扫描过程中，邻近熔池的先凝固材料（沉积层）再次经历复杂的热循环，继续发生膨胀和收缩，导致残余应力的增加。当残余应力超过材料的屈服强度时成形件发生变形，严重时甚至发生开裂，从而降低成形件的尺寸精度和完整性。在SLM增材制造过程中，如果沉积层向上翘曲的变形量太大，碰撞到铺粉或送粉装置，则会导致增材制造进程停止，甚至损坏铺粉或送粉装置。

增材制造零部件变形的测定主要包括成形结束后对成形件轮廓的测量和成形过程中的原位测量。成形件轮廓测量主要包括三坐标测量(CMM)、3D激光扫描测量和计算机断层扫描测量(CT)3种方法。

3D激光扫描测量技术和CT技术通过扫描成形件构建出成形件的几何模型，并与设计的制造模型进行对比来分析成形件的变形情况；CMM技术通过三维探针对成形件上选定的点进行测量，其系统软件会自动计算出选定点的变形量。原位测量技术主要包括激光位移传感器(LDS)和数字图像相关(DIC)技术。激光增材制造过程中零部件的变形是一个动态累积过程，原位测量可以对每加工一层后工件的变形进行实时监测，可以更好地研究层间效应对变形的影响。因此，通过原位测量实时监测变形量以反馈工艺参数等因素对变形的影响是未来研究的主要方向。

在激光增材制造过程中，通常使用体积能量密度来综合考虑激光功率、扫描速度、粉末层厚度和扫描间距对零部件成形质量的影响，其定义为：

EV=P/vht

式中：EV为体积能量密度；P为激光功率；v为扫描速度；h为扫描间距；t为粉末层厚度。

激光功率代表激光能量的大小，直接控制着熔池的温度；扫描速度是指单位时间内激光扫描的距离，通过控制激光与粉末相互作用的时间来影响熔池温度。熔池尺寸和峰值温度随着激光功率的增加而增大，随着扫描速度的增加而减小。

有研究表明：金属热应变随着激光功率的增大而增加，随着扫描速度的增加而减小；增大激光功率会产生较大的温度梯度，而较大的温度梯度会产生较大的热应力，当热应力超过材料的屈服强度后就会造成合金的变形或开裂；当激光扫描速度增大时，激光与粉末相互作用的时间缩短，熔池温度降低、尺寸减小，合金变形减小。激光增材制造过程中，当粉末层厚度增加时，粉末层下表面粉末颗粒吸收的热量减小，造成熔池上下表面的温度梯度增大，成形件的变形量也增大。还有人在研究工艺参数对悬臂梁翘曲变形的影响时，发现变形量随着粉末层厚度的增加而增大；零部件的残余应力随粉末层厚度的减小而减小，变形量也随之减小。扫描间距会直接影响相邻熔池的搭接率，扫描间距越小，搭接率越大，热输入和温度梯度增大，相应的热应力和变形量也增大。另外还有研究者发现当扫描间距减小时，成形件翘曲变形的程度明显增大。

在激光增材制造过程中，层与层之间的扫描间隔时间也会对变形产生一定影响。激光增材制造零部件的变形主要由残余应力引起，而残余应力在沉积过程中处于不断的累积、释放状态；累积或释放量取决于沉积层和基板的应力松弛行为。层间扫描间隔时间和温度则通过影响沉积层和基板的应力松弛行为，进而影响成形件的变形。有研究者采用原位测量技术研究了层间扫描间隔时间对变形的影响，发现激光增材制造Ti6Al4V合金的变形量随着层间扫描间隔时间的延长而增大；也有人通过原位中子衍射研究了增材制造Ti6Al4V合金试样的应力松弛机制，推测应力松弛可能是通过位错的滑移和攀移实现的。

激光功率、扫描速度、粉末层厚度、扫描间距和层间扫描间隔时间等工艺参数对成形件变形的影响较为复杂。通常，变形量随着激光功率、粉末层厚度和层间扫描间隔时间的增加而增大，而随着扫描速度和扫描间距的增大而减小。

在SLM工艺中，扫描策略会对金属零部件的成形质量和尺寸精度产生重要影响。常用的扫描策略包括单向扫描、Z形扫描、螺旋线扫描和岛屿扫描，如下图所示。

单向扫描和Z形扫描是比较简单传统的扫描策略。螺旋线扫描过程中的热量传递比单向和Z形扫描的更均匀，因此产生的温度梯度更小，温度场更均匀，最终零部件的残余应力和翘曲变形也较小。岛屿扫描策略是指将待扫描区域划分为多个小方形区域（也称为岛屿），再按照预先设定的扫描顺序对这些岛屿进行扫描的一种策略。岛屿扫描策略使得加工过程中的热量分布更加均匀，减小了热量集中；而且上下层相邻岛屿具有相互垂直的扫描方向，减弱了不同沉积层之间及整个金属零部件的各向异性，有助于减小增材制造构件的变形。有研究表明，在层与层之间旋转一定角度(通常为67°或90°)进行扫描也可以减弱沉积层间的各向异性，提高层与层之间的黏结性，减少分层和翘曲变形等缺陷。

基于上述不同的扫描策略，研究人员进行了很多增材制造零部件变形的研究，如发现对于平板形状的零件，从外到内的螺旋线扫描策略能减小其变形量；采用层与层之间旋转67°的Z形扫描策略可以有效减小翘曲变形；当激光将铺粉层熔化后，基板在深度方向上产生一定的温度梯度，基板上部分区域的热胀现象更为显著，因而基板向上弯曲，当熔池凝固冷却时，其收缩会“拉扯”基板向相反的方向弯曲，因此变形量曲线呈波动现象。还有研究发现，与Z形扫描策略相比，岛屿扫描策略可以有效减小成形件的变形量，并且岛屿扫描顺序对变形和残余应力的影响比岛形尺寸的影响更显著。也有研究人员采用SLM制备Ti6Al4V合金薄板，基于数学算法设计了间隔式岛屿扫描策略，通过控制扫描顺序确保下一个扫描的岛屿与刚扫描完的两个岛屿不相邻，从而减弱了增材制造过程中的热集中效应，减小了变形；同时发现平行于扫描方向的变形量大于垂直于扫描方向的，成形件中的残余应力随着扫描矢量长度的增长而增大。这是因为较小的扫描矢量长度产生的熔池长度较小，残余应力和变形量也较小。一般在激光增材制造过程中，采用岛屿扫描策略成形的零部件变形最小。

基板是激光增材制造金属零部件的构造平台，在增材制造过程中也经历着复杂的热循环过程；基板的变形直接影响着成形件的尺寸精度。

研究发现，在激光增材制造过程中，基板沿沉积方向（Z方向）的畸变远大于沿其他两个方向(X和Y方向)，同时激光加工引起的基板变形是永久性的，无法通过热处理消除。基板预热可以减小成形过程中的温度梯度和冷却速率，从而减小成形件的残余应力和变形量。另外还有人发现悬臂梁的翘曲变形程度随着基板预热温度的升高而减小；以及利用基板预热可以有效降低残余应力，并且在一定温度区间内残余应力随着预热温度的升高而减小，成形件的变形也随之减小；在使用SLM技术成形硬质合金工具时，在设备内增加了一台CO2激光器来预热基板，可使成形件的弯曲强度明显提高，翘曲变形程度相对减小。

此外，原位退火处理也可以减小成形件的残余应力和变形量。

目前，基板预热已成为一种减小成形件残余应力和变形的有效方法，而在成形过程中对沉积层进行原位退火为调控和解决残余应力和变形问题提供了新的思路。