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随着航空航天事业的蓬勃发展，对航空发动机推力和效率需求日益增长，几乎所有的商用和军用先进发动机都使用定向凝固法获得的单晶涡轮和导向叶片。但如果由于叶片在加工和服役过程中出现损伤导致叶片报废会造成时间和经济上的双重损失，所以破损叶片的修复技术就成为亟待解决的问题。激光金属外延成形技术是将激光立体成形技术与定向凝固技术相结合，通过控制成形过程中的温度梯度和凝固速度可以获得从基板处外延生长的定向凝固组织，运用此技术修复破损的叶片，不仅可以恢复叶片的几何形状和尺寸精度，而且被修复部分组织为从基板外延生长的细小的定向凝固组织。 为了解激光立体成形过程中熔池的热行为，采用不同测量方法对成形过程进行温度测量，研究了工艺参数及测量方法对成形过程温度变化的影响以及不同层数之间温度变化的规律并反馈调节成形工艺。研究发现随成形过程的进行，基板温度逐渐升高导致冷却速度逐渐降低，从而导致枝晶形貌和尺度发生改变。 研究发现Rene80镍基高温合金成形件显微组织为从基板处外延生长的定向枝晶，只有成形件顶部出现少量的转向枝晶区。为了获得从基板处外延生长的定向凝固组织，研究了基材晶体取向对定向凝固组织的影响;而要获得连续定向生长的柱状枝晶，则顶部的转向枝晶区必须完全重熔，为此研究了转向枝晶区形成的原因及工艺参数对转向枝晶区高度的影响规律。 为了有效研究和控制成形件的力学性能，分析了工艺参数对枝晶尺度及显微硬度的影响规律;还分析了成形件中气孔和裂纹的分布和形成机理，并提出了改善成形件中缺陷的方法。研究发现成形件中裂纹主要分布在界面及层与层搭接的大角度晶界处，且都是沿晶开裂的热裂纹。分析认为是由于在枝晶间存在低熔共晶物质，在应力作用下沿晶开裂。