金属3D打印技术是工业4.0领域高端制造的关键环节,对我国材料与制造业产业结构调整与发展将产生重要的影响和促进作用。激光扫描轨迹作为打印成型过程中能量加载的表现形式,直接影响着金属成型的效率、激光器的寿命、成型件的精度、翘曲变形程度及机械性能等,在金属3D打印中尤为重要。本文针对金属3D打印的激光扫描轨迹优化问题开展了 一系列的深入研究。良好的机械性能和无翘曲变形是对大型功能性金属零件的基本要求,为保证金属制件的机械性能和翘曲变形满足要求,本文从减少成型过程中的残余应力、均衡热力场分布的角度出发,结合“分区扫描”思想提出了两种激光扫描轨迹优化方法——基于正方形网格划分策略和基于改进多边形凸分区策略的激光扫描轨迹优化方法,可以提高加工效率,保证几何精度,提高能量利用率,延长激光器和送粉喷头的寿命。提出了基于正方形网格划分策略的激光扫描轨迹优化方法,先将连通区域划分成网格矩阵区域,再对子区域进行扫描轨迹填充。为了合理的划分格子区域,本文提出了自适应网格边长选择策略,同时提出两种预填充类型,采用合并规则及特定的合并顺序来优化子路径数目,为了减少扫描过程中的空行程,建立了子路径加载顺序及起始点优化模型,采用贪婪算法和双重编码遗传算法进行求解。仿真验证了可行性。提出了基于改进多边形凸分区策略的激光扫描轨迹优化方法,是通过将连通区域划分成凸或近似凸多边形子区域,再对子区域进行扫描轨迹填充。该方法优点是可以克服连通区域中的大凹度凹点、孔洞和凹弧造成填充精度缺失和效率降低的问题。为避免子分区过多或形态较差问题,提出了采用近似凸分区的方法剖分连通区域多边形,并针对轮廓形态采用两种凹度测量方法。结合多边形的充盈度和饱满度特征提出了子分区的复合扫描填充方案,对扫描轨迹加载顺序进行了建模优化。结合两种激光扫描轨迹优化方法的特点给出了选择方案,仿真结果证明了两种激光扫描轨迹优化方法的可行性。