|
為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》和《中國制造2025》等提出的任務，國家重點研發計劃啟動實施“增材制造與激光制造”重點專項。根據本專項實施方案的部署，現提出2018年度項目申報指南建議。
本重點專項總體目標是：突破增材制造與激光制造的基礎理論，取得原創性技術成果，超前部署研發下一代技術;攻克增材制造的核心元器件和關鍵工藝技術，研制相關重點工藝裝備;突破激光制造中的關鍵技術，研發高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產先進激光器，研制高端激光制造工藝裝備;并實現產業化應用示范;到2020年，基本形成我國增材制造與激光制造的技術創新體系與產業體系互動發展的良好局面，促進傳統制造業轉型升級，支撐我國高端制造業發展。
本重點專項按照“圍繞產業鏈，部署創新鏈”的要求，從增材制造與激光制造的基礎理論與前沿技術、關鍵工藝與裝備、創新應用與示范三個層次，圍繞增材制造與激光制造兩個方向，共部署10個重點研究任務。專項實施周期為5年(2016-2020年)。
 增材制造1.1基于增材制造的智能仿生結構設計技術(基礎前沿類)
研究內容：探索形狀記憶材料增材制造新原理和新工藝，形成與制造工藝匹配的改性技術和專用材料;研究形狀記憶材料增材制造結構的智能變形行為，揭示從成形材料組織、性能、功能到制品行為的映射規律;發展基于形狀記憶材料增材制造的智能仿生結構設計技術，在滿足系統輕量化、功能融合等要求下，實現包括精確智能變形在內的功能和效能提升;以生物醫療、航空航天、汽車等領域的復雜結構及傳感器或作動器等為目標開展功能應用驗證。
考核指標：形狀記憶材料在增材制造工藝中功能參數損失不超過5%，非金屬成形結構可調變形量不小于40%，金屬結構可調變形量不小于8%;系統體積降低50%以上，智能形變效能提升15%以上。
1.2大功率高精度數字式掃描電子槍系統(重大共性關鍵技術類)
研究內容：面向金屬粉末床增材制造工藝需求，提升電子槍的使用壽命，研發電子加速與束流強度的精確控制技術，提高電源的可靠性和加速電壓的穩定性;研究適于選區熔化的電子光學設計及高精度數字式掃描系統，提高束斑質量和掃描精度;研發陣列式電子槍系統，擴大電子束精確掃描的范圍;研發電子槍運行狀態的監控和自診斷、自恢復技術，提高其運行的可靠性。
考核指標：單電子槍功率不小于3kW，最小束斑直徑200μm;掃描范圍不小于400mm´400mm，精度優于100μm;電子槍系統無故障工作時間大于200小時;在電子束增材制造裝備中得到應用驗證。
1.3面向增材制造的模型處理以及工藝規劃軟件系統(重大共性關鍵技術類)
研究內容：適用于各種增材制造技術的普適性數字模型處理方法;針對數字模型的高效切片算法;增材制造典型結構件的高效路徑規劃算法;工藝仿真優化工具軟件。
考核指標：建立普適性的模型處理軟件，可自動生成不少于5種工藝支撐和不少于5種點陣結構;GB級數字模型切片時間不大于30分鐘;適用于3種以上主流增材制造工藝的高效路徑規劃算法，能夠自動識別增材制造模型工藝特征不少于5種，GB級數字模型自動工藝路徑規劃時間不大于1小時;開發不少于三種以上主流增材制造工藝(包括金屬和非金屬)的仿真優化工具軟件。
1.4高負載旋轉件增材制造技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：針對動力、能源等領域的葉片、葉盤、葉輪等高負載(高轉速與高溫)旋轉件的增材制造需求，研究：基于增材制造的旋轉件結構優化設計方法;旋轉件增材制造工藝特性及組織和性能調控技術;高預熱溫度激光選區熔化增材制造裝備;增材制造旋轉件后續熱處理、精整加工、檢測與綜合評價技術。
考核指標：增材制造旋轉件綜合力學性能(包括疲勞、斷裂韌性和高溫蠕變性能)滿足相關產品設計要求，中低溫旋轉件性能與鍛件性能相當，高溫轉動件性能不低于鑄件;粉末床預熱溫度達到600℃以上的激光選區熔化增材制造裝備;建立相關的結構設計、增材制造工藝、檢測與評價體系及標準與規范。
1.5微納結構增材制造工藝與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：研究復雜三維微納結構增材制造新原理和新工藝，研發與微納結構增材制造工藝匹配的成形材料體系，實現功能化的微納結構與宏觀結構同步制造，開發微納增材制造裝備樣機;以微機電系統、傳感器、微納光學，精密醫療器件等為應用對象，開展器件制造應用實驗，形成具有重大應用前景的新型功能器件原型，實現具有微納特征的三維結構與功能一體化制造。
考核指標：層厚精度優于2μm，表面粗糙度Ra優于300nm;制造范圍不小于100×100×50mm;實驗應用器件不少于5類;形成材料、工藝、裝備等規范或標準。
1.6可降解個性化植入物的增材制造技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：可降解生物材料的增材制造設備、工藝與植入物個性化設計軟件;與增材制造工藝匹配的可降解材料;個性化可降解醫學植入物設計原理、增材制造和臨床試驗應用研究。
考核指標：設備加工尺寸不小于300´300´300mm，制作精度不低于0.05mm;滿足制造工藝的可降解材料5種以上，制作過程滿足植入物安全規范，產品通過安全性評價，符合外科植入物國家/行業標準;植入物降解后達到組織的功能再生，臨床試驗 40例以上。
1.7 多細胞精準3D打印技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：多細胞體系的3D打印設備和細胞存活維持系統;細胞與基質材料一體化的生物打印墨水體系;以復雜人體組織和器官為對象的藥物模型和動物試驗研究。
考核指標：設備加工尺寸不小于300´300´200mm，保證85%以上細胞存活不小于10天;滿足打印工藝的細胞材料(生物墨水)10種以上，材料與設備達到生物安全標準，藥物和動物實驗各20例以上;建立多組織與器官的打印工藝規范，滿足國家生物醫學安全相關規范或標準。
1.8高性能聚合物材料醫療植入物增材制造技術(重大共性關鍵技術類)
研究內容：聚醚醚酮等高性能聚合物材料醫療植入物增材制造技術;適用醫療植入要求的聚合物材料增材制造材料體系;增材制造聚合物醫療植入物臨床試驗應用。
考核指標：制作精度優于0.05mm，達到醫療植入標準的聚合物材料(粉料或線材)4種以上;制件拉伸力學性能不低于90MPa，產品通過安全性評價，符合外科植入物國家/行業標準，完成動物實驗;臨床試驗40例以上。
1.9移動式增材修復與再制造技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：針對交通、動力、能源、石化等大型高價值裝備的快速現場維修需求，研究：現場增材修復與再制造工藝與裝備;針對現場增材修復與再制造的快速三維測量、數模分析、成形策略、數模分層及路徑規劃軟件;零件現場可修復性與再制造性的定性和定量評價方法;適用于現場增材制造維修的集約化材料設計;現場熱處理及后續加工策略;修復件無損檢測與服役壽命預測，以及性能評價和考核。
考核指標：移動式增材修復與再制造裝備功率不大于20kW，沉積效率不小于150cm3/h(以鈦合金為參考)，可修復零件尺寸不小于3m;工藝裝備滿足陸運、海運、空運等運輸條件和現場作業的環境要求，運輸到工作地點后工作準備時間小于0.5h;集約化材料修復和再制造后綜合力學性能不低于原件性能的80%;建立現場增材修復與再制造的標準與規范，在國家重大工程中應用。
1.10 增材制造件后續電化學精整加工的整體制造策略與工藝技術(重大共性關鍵技術類)
研究內容：針對現有金屬增材制造技術難以同時兼顧高效率和高精度制造的瓶頸問題，研究兼備高效率和高精度的增材制造與電化學精整加工的整體最佳制造策略與工藝技術，建立增材制造金屬零件結構特征、材料組織、應力狀態與電化學精整加工的工藝匹配關系。
考核指標：最終制造件單方向尺寸不小于500mm，尺寸精度優于±0.05mm，表面粗糙度優于Ra 1.6μm;同等加工精度條件下整體制造效率較采用銑削方法精整加工提高3倍以上(以鎳基高溫合金為參考);具備成形加工空間曲面、凸臺、孔等復雜結構的能力;建立相關的標準與規范，實現鈦合金、高溫合金等典型產品在國家重大工程中應用。
1.11在傳統制造結構件上增材制造精細結構(重大共性關鍵技術類)
研究內容：針對現有金屬增材制造技術難以兼顧高效率和低成本制造的瓶頸問題，研究：在鍛件上增材制造局部精細結構;在機械加工件上增材制造局部精細結構;在鑄件上增材制造局部精細結構。
考核指標：可在包括鎳基高溫合金、鈦合金、鋁合金和鋼類合金的傳統制造結構件上增材制造精細結構;復合制造的整體結構件不低于原件的綜合力學性能;較傳統制造方法效率提升一倍，成本降低30%以上;建立相關的工藝數據庫和標準與規范。
1.12金屬增材制造的高頻超聲檢測技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：不同時、空調制下，超聲激勵方法在金屬增材制件中激發超聲的作用機理和規律;增材制造的材料組織、冶金缺陷、應力狀態與高頻超聲的相互作用規律、數據分析與特征提取方法;高抗干擾性的在線及離線的非接觸式高頻超聲測量方法與裝備技術。
考核指標：研制出可對增材制造過程實時在線檢測及對增材制造完成后的結構件進行檢測的非接觸式高頻超聲檢測裝備和數據處理軟件，實現對鈦合金、合金鋼、鋁合金、高溫合金等材料增材制造件的在線及離線無損檢測;檢測盲區≤0.1mm，可檢測缺陷的分辨率優于0.1mm，掃描速度≥5mm/s，可檢測晶粒度≤50μm;建立金屬増材制造構件高頻超聲檢測的規范和標準。
1.13 基于Web環境的消費級3D打印在線處理服務技術應用示范(應用示范類)
研究內容：針對消費級3D打印應用的并發性高、價格敏感性高、個性化要求高以及用戶專業化程度低的特點，研究：基于Web的輕量化在線建模技術;超大規模三維數據并行處理技術;個人消費級的3D打印物體精準彩色上色技術。
考核指標：建模軟件可在iOS、安卓、Windows等用戶終端上運行，支持1000人并發;支持總量10億級面片的超大規模三維模型的并行生成、切片;三維物體上色表面誤差≤2mm;實現項目研發技術在創新創意產業的應用示范，軟件銷售2000套以上。
1.14高強鋁合金增材制造技術在大型客機制造中的應用示范(應用示范類)
研究內容：針對國產大型客機高強鋁合金結構件，研究：基于增材制造工藝的大型客機結構件優化設計方法;批量化增材制造的工藝穩定性和性能評價;基于增材制造工藝的專用高強鋁合金設計許用值;民機適航條款符合性驗證方法以及可靠性評價方法;基于增材制造的大型客機“材料-設計-工藝-檢測-評價”全流程技術體系。
考核指標：建立滿足適航審定要求的整套制造工藝、材料及評價體系文件;在保持同等剛度并滿足相關服役要求的基礎上相對傳統制造方案實現減重10%，制造周期縮短20%;使用增材制造技術批量生產典型鋁合金零件并裝機應用，零件的主要性能離散度小于5%;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.15增材制造支撐動力裝備設計、制造和維修全流程優化的應用示范(應用示范類)
研究內容：針對航空發動機和燃氣輪機等動力裝備，研究基于增材制造的創新設計、快速研發、高性能制造和快速維修全流程優化技術，并進行應用示范，包括：面向系統級、性能優先的功能集成化設計;新產品研發的快速迭代技術;高性能、高效率和經濟可行的增材制造技術;高性能快速外場維修技術。
考核指標：建立動力裝備系統級架構到典型功能部件的基于增材制造的創新設計方法、標準規范、制造工藝數據庫及評價體系，形成輕重量、高性能、長壽命、高可靠、集約化、外場快速維修等先進的設計與制造技術特征;系統級架構組成結構件數量減少30%以上，減重30%以上，效能提升20%以上，研發周期縮短50%以上;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.16增材制造技術在船舶和機械制造領域的應用示范(應用示范類)
研究內容：針對船舶和機械制造領域的國家重點工程任務，或其它量大面廣、經濟效益顯著的應用需求，進行高效率低成本增材制造技術的應用示范研究，綜合應用各種增材制造技術及其與傳統制造技術相結合的方法，研究：基于增材制造的結構優化設計;高效率、低成本的制造方法;后處理技術與分析檢測技術;增材制造零、部件的性能、效率與成本的綜合評價。
考核指標：相對于傳統制造技術，在性能相當或更優的同時，制造效率提升50%以上、成本降低50%以上;建立設計方法、制造工藝規范及評價標準的成套體系;在國家重點工程任務中或量大面廣經濟效益顯著的應用領域實現不少于5例工程試用，包括大于4m以上大尺寸構件;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.17增材制造陶瓷鑄型在熔模精密鑄造中的應用示范(應用示范類)
研究內容：針對高端裝備領域高性能、精密復雜結構鑄件采用傳統熔模精密鑄造工藝存在的質量不穩定和生產周期長的問題，開展增材制造整體結構陶瓷鑄型(模殼與型芯一體化增材制造)的應用示范研究，包括：陶瓷鑄型結構設計;陶瓷材料優化設計;陶瓷鑄型的增材制造;增材制造陶瓷鑄型熔模精密鑄造全流程工藝技術;陶瓷型高溫性能、精度、制造效率與成本的綜合評價;在國家重大工程任務中開展應用示范。
考核指標：1500℃鑄型抗彎強度≥15MPa，成形相對精度優于0.2%;實現復雜結構高性能零件精密鑄造，鑄件不合格率相對于傳統技術降低50%;實現國家重大工程任務中5種以上關鍵鑄件的示范應用;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.18高性能聚合物零部件增材制造技術的應用示范(應用示范類)
研究內容：針對航空航天、汽車、船舶等領域高性能復雜結構聚合物零部件的制造需求，在優化設計、高性能聚合物材料、增材制造裝備、工藝、環境適用性和環保性、性能檢測與質量評價方法等方面開展系統的增材制造示范應用，實現顯著縮短制造周期，降低制造成本的產業化應用目標。
考核指標：零部件制作精度和性能滿足工程應用要求，單件制造周期相對于傳統制造工藝縮短80%，材料節省50%，綜合成本降低20%;建立4-5種應用材料體系、制造工藝規范和質量評價標準;100種以上零部件進入工程應用;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.19砂型3D打印支撐的智能鑄造產業化應用示范(應用示范類)
研究內容：針對傳統鑄造業綠色化和智能化轉型的國家重大需求，進行砂型3D打印支撐的智能鑄造產業化應用示范研究，包括：作為智能鑄造車間核心單元的砂型3D打印生產線;砂型3D打印應用于智能鑄造的全流程工藝技術;3D打印砂型在工業規模智能化鑄造生產中的應用示范。
考核指標：打印效率≥350L/h，砂型合格率≥98%;大于50種及1000噸鑄件的智能鑄造應用示范，鑄件尺寸精度提升1~2級，產品交付周期縮短50%;支持高效高精度3D打印大型砂模和復雜砂芯的全流程工藝規范和標準;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.20 口腔修復體3D打印應用示范(應用示范類)
研究內容：面向口腔修復開展3D打印技術應用示范，研究滿足口腔修復體力學性能和精度需要的材料以及3D打印工藝，建立從牙齒數字三維數據高精度測量、口腔修復體設計、3D高精度打印以及功能匹配評價的系統應用，形成高效低成本的口腔修復應用系統。
考核指標：口腔修復體制作效率提高一倍，精度滿足臨床應用要求，成本降低50%，建立相關的質量測評規范，并取得醫療器械產品注冊證;在不少于20家口腔醫院或診所獲得應用，應用示范案例1000個以上;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.21個性化醫學假肢與肢具的增材制造應用示范(應用示范類)
研究內容：以假肢、肢具、矯正器等個性化康復與治療為目標，進行增材制造技術應用示范，建立三維測量和個性化設計、增材制造、適用評估和臨床應用系統。
考核指標：相對現有技術制造時間縮短50%以上，成本降低50%以上;建立制作和醫療應用規范，產品符合相關標準并獲得市場準入，在5個醫院建立應用示范單位，個性化應用案例200例以上; 應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
1.22 個性化醫療功能模型3D打印技術應用(應用示范類)
研究內容：開展復雜人體組織器官手術規劃和技能培訓的3D打印功能模型應用示范，顯著提高人體復雜模型3D打印的色彩精準性、影像對比度、質感及功能擬人化程度，推動多組織器官功能模型的大規模應用。
考核指標：應用功能模型15種以上，功能材料20種以上，縮短手術時間2/3以上;應用案例1000例以上，培訓500人以上;建立人體組織功能模型材料與工藝規范、質量控制規范;應用國內自主研發的增材制造裝備與技術成果。
激光制造
2.1飛秒激光精密制造應用基礎研究(基礎前沿類)
研究內容：面向信息、新能源、交通、醫療等領域中的國家重大需求和國民經濟主戰場中核心結構關鍵制造挑戰，搭建飛秒激光與材料相互作用的亞飛秒時間分辨率檢測系統，揭示加工中的調控規律;調控加工中的物理化學過程，發展飛秒激光共振吸收等微納加工新方法;解決高深徑比微孔、高保真集成量子門、新型高溫振動傳感器等制造技術瓶頸，開發飛秒激光制造裝備，解決相關制造挑戰，實現重大應用。
考核指標：超快檢測系統時間分辨率<0.2fs;研制飛秒激光制造裝備1套;解決不少于2項國家重大工程中關鍵制造難題并獲重要應用：實現≥300:1深徑比微孔(以直徑小于2μm考核)、3-5比特集成量子邏輯門的制備等。
2.2面向制造業的大功率半導體激光器(重大共性關鍵技術類)
研究內容：開展雙微通道散熱、熱沉、大功率多光束合成、光纖耦合、光束整形等關鍵技術及半導體激光器失效機制等研究，突破芯片腔面特殊處理技術與工藝、大功率半導體激光器制造、集成、封裝、測試及可靠性等國產化、批量化生產技術。
考核指標：研制高功率高性能半導體激光單管和激光巴條;研制輸出功率2kW@100μm高亮度光纖耦合模塊;研制輸出功率20kW@600μm的系列化長壽命光纖輸出半導體激光器;實現≥2kW@100μm光纖耦合模塊銷售不少于100臺，實現≥20kW@600μm光纖耦合系統銷售不少于50臺。在增材制造/激光制造裝備上進行應用示范。
2.3微納結構激光跨尺度制造工藝與裝備(共性關鍵技術)
研究內容：研究激光與材料相互作用的物質瞬態弛豫過程，探索激光誘導自組干涉微納結構的調控機制，研究微細結構、功能陣列微孔高效制造、減阻功能微結構制造新方法，突破宏-微-納跨尺度激光納米級加工中運動基準與驅動系統存在的耦合干擾問題，攻克光束零位漂移補償與激光器參數優化控制等關鍵技術，開發成套裝備。
考核指標：瞄準航空航天高速飛行器、電子制造等領域，研制1類激光微結構跨尺度制造裝備;最小線寬≤20nm，實現三維光子集成器件制造;實現減反功能陣列微群孔制造，透過率增加量≥10%;實現減阻面積≥1000cm2微納結構功能表面制造，阻力系數減小≥10%。實現不少于3類具有重大應用前景的跨尺度微納功能器件制造。
2.4基于衍射光學元件的激光并行制造工藝及裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：探索激光與纖維類復合材料的相互作用機理，研究基于衍射光學元件的激光并行制造新方法，研究并行激光加工智能監測及反饋系統，研究激光并行制造成套裝備技術。
考核指標：瞄準交通運輸、能源以及電子制造等領域，優先采用國產激光器，開發不少于2類高端激光并行制造裝備，分光光束大于20束，加工精度優于10μm，各并行光束能量穩定性優于1%，進行工程應用。
2.5激光高精度快速復合制造工藝與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：研究激光與多種制造方法的復合(如等離子體、機械等)協同制造技術，攻克精密表面的高分辨檢測與激光制造同步技術，高效率低缺陷激光復合加工技術，探索多物理量復合技術以及激光復合制造過程原位檢測技術和質量控制方法，開發激光復合制造裝備。
考核指標：瞄準航空、新能源等領域，開發不少于2類激光復合制造裝備，具備加工多種高精度復雜圖案的能力，加工精度≤0.2μm，最高線加工速度≥20cm/s，開發出滿足上述加工精度的高分辨同工位檢測裝置，檢測精度≤0.2μm。
2.6激光精密切割技術與裝備(重大共性關鍵技術類)
研究內容：探索IC領域激光高效窄槽切割新方法，研究先進精密零件曲面高精度選擇性區域雕刻等制造技術，攻克電光調制等精密控制、界面強度激光檢測等關鍵技術，研究宏微跨尺度激光加工和先進封裝工藝，開發激光加工成套裝備。
考核指標：面向IC、航天等領域，開發不少于2類精密切割制造裝備，切割縫寬≤25μm，芯片先進封裝切割質量界面強度激光檢測模塊裝置(測量重復精度≤5%);深度精度優于0.3μm，Ra優于0.1μm。獲得實際應用。
2.7 大型薄壁構件激光焊接技術應用示范(應用示范類)
研究內容：針對大型薄壁金屬構件，研究高安全和高質量要求的激光焊接工藝、激光焊接機理與焊縫的主要失效行為、激光焊縫跟蹤定位技術及焊接變形控制技術，研究高可靠性成套裝備技術?？己酥笜耍貉兄撇簧儆?類激光焊接成套設備和焊接工藝。大型薄壁構件連續焊縫長度≥3500mm，厚度≤0.8mm，焊接變形量≤±0.1mm，焊縫性能滿足相關行業具體要求，建立焊接工藝數據庫，形成工藝規范和標準，在核電、航空、高鐵、船舶等領域，進行不少于20臺套激光焊接的示范應用。
2.8厚板、中厚板激光焊接技術應用示范(應用示范類)
研究內容：針對厚板(厚度≥70mm)、圓周中厚板(厚度≥8mm)金屬管材，探索激光焊接和激光電弧復合焊接新方法，設計集激光焊與電弧焊于一體的復合焊炬;研究焊縫缺陷形成機理及其檢測與控制技術、熱應力調控技術、焊接精度控制技術，以及激光/電弧復合焊接系統的運動控制技術。完成系統激光器起停及輸出功率的變化、弧焊參數的變化等控制任務，研究高可靠性成套裝備技術。
考核指標：研制不少于2類激光焊接、激光復合焊接成套設備與焊接工藝。厚板連續焊縫長度≥5000mm，圓周中厚板焊縫長度≥2000mm;對完成圓周中厚板的激光電弧復合焊焊縫進行力學性能試驗，滿足API 1104要求。建立工藝規范和標準。并在核電、航空航天、交通運輸、能源、海洋、石油化工等領域內，進行不少于20臺套的示范應用。
2.9 激光金屬制孔技術應用示范(應用示范類)
研究內容：研究圓孔激光精細制造新方法和高精度裝夾與自適應定位技術，攻克光束高速制孔掃描、噴孔等空腔零件加工對壁防傷等關鍵技術，探索激光加工工藝參數與小孔加工質量、倒錐孔精度控制、制造效率的關聯性，開發激光制孔成套裝備。
考核指標：優先采用國產激光器，開發關鍵零件激光制孔成套設備，孔徑范圍：25μm-800μm(全覆蓋)，孔徑精度≤1μm，最大深徑比20:1，建立工藝規范和標準，瞄準車輛等領域，進行不少于20臺套激光金屬制孔裝備的示范應用。
|
