《Materials Today Communications》：High-accuracy repair of turbofan engine IN718 blades via directed energy deposition based on 3D scanning modeling
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IN718因其优异的高温性能和可加工性被广泛用于航空航天涡扇发动机压气机叶片的制造。定向能量沉积（Directed Energy Deposition, DED）技术可在已有构件上进行增材制造，在叶片制造与修复方面具备独特优势。目前DED成形的IN718试样多
IN718因其优异的高温性能和可加工性被广泛用于航空航天涡扇发动机压气机叶片的制造。定向能量沉积（Directed Energy Deposition, DED）技术可在已有构件上进行增材制造，在叶片制造与修复方面具备独特优势。目前DED成形的IN718试样多为块体、圆柱或单壁结构，针对DED叶片的研究有限，且通常依赖预先存在的数字三维模型。本文提出一种新颖且适应性更强的DED叶片成形方法，摆脱了对预存三维模型的依赖。利用三维扫描仪获取在役叶片模型，据此制定DED沉积方案进行叶片沉积，沉积后再扫描打印件生成新模型。使用Geomagic Studio软件比对表明，打印叶片大部分区域形状偏差在0.72 mm以内。室温与650 ℃高温拉伸试验及显微硬度测试结果显示，叶片力学性能与已有DED IN718研究相当。拉伸过程中采用数字图像相关（Digital Image Correlation, DIC）技术分析变形行为，观察到协调变形延缓了应力集中与开裂，表明材料具有良好塑性。显微组织表征阐明了试验过程中的组织演变机制及其与拉伸性能的关联。
《Materials Today Communications》刊载论文解读：基于三维扫描建模的定向能量沉积（DED）高精度修复涡扇发动机IN718叶片研究
一、研究背景与意义
IN718镍基高温合金（Ni-based superalloy IN718）因出色的高温强度、抗氧化性及可加工性，是航空航天涡扇发动机压气机叶片的主流锻件材料。定向能量沉积（Directed Energy Deposition, DED）属金属增材制造工艺，可用激光/电子束熔化金属粉末或丝材逐层堆积于基材表面，兼具近净成形与再制造修复功能。现有DED-IN718研究多集中于试块、薄壁件或圆柱试样，针对复杂曲面叶片的直接沉积报道较少，且普遍要求事先拥有精确CAD数模来规划沉积路径——这在在役磨损叶片修复、老旧无图档叶片再制造场景中往往无法满足。研究人员提出以手持式三维激光扫描获取实物叶片点云→重构STL模型→生成沉积路径，跳过原始CAD依赖，验证该方法制备IN718实型叶片的几何精度、室温/650℃高温拉伸性能、显微硬度及显微组织演化规律，为工程化叶片DED修复提供实验依据。
二、主要关键技术方法
研究人员选用商用IN718气雾化粉末（45–150 μm，Hall流率15 s/50 g）沉积于304不锈钢基板；采用RAYCHAM LDM 16080激光DED系统（2000 W光纤激光器，IPG YLS-2000），工艺参数为激光功率600 W、扫描速度300 mm/min、送粉气流量0.4 L/min、单层厚度0.3 mm，蛇形往复扫描。叶片三维模型由Creaform HandySCAN 700手持三维扫描仪获取在役压气机叶片点云重构得到，打印后再次扫描并与原始模型在Geomagic Studio中做偏差分析。沉积态试样沿沉积方向取样，开展25℃与650℃拉伸（应变率10?3/s，配DIC原位监测变形）、微硬度测试（载荷300 gf，保载15 s，10点取均值）；横向拉伸样评估各向异性。显微组织表征使用X射线衍射（XRD）、差示扫描量热（DSC）、扫描电镜（SEM）含能谱（EDS）与电子背散射衍射（EBSD）、透射电镜（TEM）观测γ基体、γ′/γ″强化相、Laves相、σ相及碳化物分布与位向关系；热处理组按1080℃/1 h空冷+(720℃/8 h炉冷至620℃)/8 h+620℃/8 h标准时效处理对照。
三、研究结果
3.1. Geometric accuracy（几何精度）
将在役叶片与DED沉积叶片三维模型对齐比对，除叶顶微量过沉积（可后续机械加工去除）外，绝大部分区域形状偏差≤0.72 mm，且沉积件包覆原始叶片外形，满足后续精加工余量要求，证明三维扫描建模—DED工艺可实现IN718叶片的无CAD高精度近净成形。
3.2. Mechanical properties（力学性能）
沉积态叶片沿沉积方向室温拉伸：极限抗拉强度（Ultimate Tensile Strength, UTS）773 MPa，断后延伸率30.7%；650℃高温拉伸：UTS 715 MPa，延伸率25%，与文献报道DED IN718数据相当。DIC监测显示拉伸时多层协调变形、应变由层中部向两侧递减，延缓局部应力集中，赋予高延伸率。横向取样UTS 751 MPa、延伸率27.3%，各向异性不显著。10点微硬度均值287 HV，处典型DED IN718范围。室温断口韧窝为主，650℃断口出现较多解理面，高温略趋脆断。热处理后（HT）室温UTS升至1057 MPa（沉积态AS为773 MPa），平均硬度升至351 HV，延伸率仍达29.8%；γ′相增多、Laves相溶解是强韧化主因。
四、讨论与结论翻译总结
研究人员指出沉积态IN718含γ基体、γ′相、Laves相、σ相及MC/M23C6碳化物；Nb/Mo偏析于枝晶间（Interdendritic Region, IR）促Laves相析出，Ti/Al偏析致γ′相富集IR区。650℃拉伸促使枝晶芯（Dendrite Core, DC）内纳米级γ′相、σ相及碳化物沉淀，轻微降低塑性。IN718凝固与固态裂纹敏感指数低于IN738及M247，本实验DED叶片未见裂纹。标准固溶+双级时效可消除有害Laves相、均匀化γ′沉淀，显著提升强度与硬度。后续拟补做疲劳与蠕变测试。
论文结论译为：本研究提出一种无预存三维模型条件下，借助三维扫描获取在役叶片模型并据此实施DED沉积IN718叶片的新方法，主要结论如下：(1) 打印叶片大部分区域形状偏差在0.72 mm以内，具良好几何精度；(2) 室温UTS 773 MPa、延伸率30.7%，650℃ UTS 715 MPa、延伸率25%，微硬度287 HV，力学性能与已有DED IN718研究相符；(3) 拉伸过程DIC原位分析揭示显著协调变形行为，可延缓应力集中与早期开裂，表现出良好塑性；(4) 650℃拉伸试样断口附近枝晶芯区析出纳米级γ′相、σ相及碳化物，高温力学性能的些许下降可能与这些析出相相关。该研究深化了镍基高温合金工艺—显微组织—性能关系的认识，对航空航天构件制造与再制造有重要参考价值。
