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镍基高温合金是航空、航天、核电等重大装备高温部件的重要制造材料,具有定向凝固柱晶/单晶组织和复杂内腔结构高效冷却的镍基高温合金涡轮叶片,是高推重比航空发动机、重型燃气轮机等研制生产的关键材料/制造技术和瓶颈之一,其采用最先进的液态金属冷却定向凝固技术制备仍不可避免存在(1)凝固组织粗大和疏松严重导致力学性能低;(2)偏析严重导致初熔温度和使用温度低;(3)叶片生产合格率低三大难题。激光原位冶金/快速凝固"高性能金属材料制备"与"大型、复杂构件成形制造"一体化的金属激光熔化沉积增材制造技术,为涡轮叶片高性能高品质制造提供了新的技术途径。本文通过激光约束熔化沉积定向凝固工艺,建立了微细柱晶凝固组织控制模型,成功制备出组织细小均匀、无γ/γ′共晶、无显微疏松、无明显偏析、低发散度的微细柱晶高温合金试件,发现其一次枝晶间距可达7.6~9.1mm(二次枝晶不明显)、较现有定向凝固叶片显著细化1~2个数量级,实现其晶粒取向的主动调控,获得优异的晶体取向一致性、EBSD定量测试晶体取向差小于6°。测试结果表明,激光约束熔化沉积微细柱晶高温合金(LMD-408)初熔温度较传统定向凝固的提高8℃,室温/高温拉伸、高温持久等关键性能优异。