為落實(shí)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》和《中國制造2025》等提出的任務(wù)，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃啟動(dòng)實(shí)施“增材制造與激光制造”重點(diǎn)專項(xiàng)。根據(jù)本專項(xiàng)實(shí)施方案的部署，現(xiàn)提出2018年度項(xiàng)目申報(bào)指南建議。
本重點(diǎn)專項(xiàng)總體目標(biāo)是：突破增材制造與激光制造的基礎(chǔ)理論，取得原創(chuàng)性技術(shù)成果，超前部署研發(fā)下一代技術(shù);攻克增材制造的核心元器件和關(guān)鍵工藝技術(shù)，研制相關(guān)重點(diǎn)工藝裝備;突破激光制造中的關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產(chǎn)先進(jìn)激光器，研制高端激光制造工藝裝備;并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范;到2020年，基本形成我國增材制造與激光制造的技術(shù)創(chuàng)新體系與產(chǎn)業(yè)體系互動(dòng)發(fā)展的良好局面，促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。
本重點(diǎn)專項(xiàng)按照“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈，部署創(chuàng)新鏈”的要求，從增材制造與激光制造的基礎(chǔ)理論與前沿技術(shù)、關(guān)鍵工藝與裝備、創(chuàng)新應(yīng)用與示范三個(gè)層次，圍繞增材制造與激光制造兩個(gè)方向，共部署10個(gè)重點(diǎn)研究任務(wù)。專項(xiàng)實(shí)施周期為5年(2016-2020年)。
1.增材制造
1.1 基于增材制造的智能仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)(基礎(chǔ)前沿類)
研究內(nèi)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(shù)和專用材料;研究形狀記憶材料增材制造結(jié)構(gòu)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(guī)律;發(fā)展基于形狀記憶材料增材制造的智能仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)，在滿足系統(tǒng)輕量化、功能融合等要求下，實(shí)現(xiàn)包括精確智能變形在內(nèi)的功能和效能提升;以生物醫(yī)療、航空航天、汽車等領(lǐng)域的復(fù)雜結(jié)構(gòu)及傳感器或作動(dòng)器等為目標(biāo)開展功能應(yīng)用驗(yàn)證。
考核指標(biāo)：形狀記憶材料在增材制造工藝中功能參數(shù)損失不超過5%，非金屬成形結(jié)構(gòu)可調(diào)變形量不小于40%，金屬結(jié)構(gòu)可調(diào)變形量不小于8%;系統(tǒng)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(shù)字式掃描電子槍系統(tǒng)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)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(fā)電子加速與束流強(qiáng)度的精確控制技術(shù)，提高電源的可靠性和加速電壓的穩(wěn)定性;研究適于選區(qū)熔化的電子光學(xué)設(shè)計(jì)及高精度數(shù)字式掃描系統(tǒng)，提高束斑質(zhì)量和掃描精度;研發(fā)陣列式電子槍系統(tǒng)，擴(kuò)大電子束精確掃描的范圍;研發(fā)電子槍運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控和自診斷、自恢復(fù)技術(shù)，提高其運(yùn)行的可靠性。
考核指標(biāo)：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(yōu)于100μm;電子槍系統(tǒng)無故障工作時(shí)間大于200小時(shí);在電子束增材制造裝備中得到應(yīng)用驗(yàn)證。
1.3 面向增材制造的模型處理以及工藝規(guī)劃軟件系統(tǒng)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：適用于各種增材制造技術(shù)的普適性數(shù)字模型處理方法;針對(duì)數(shù)字模型的高效切片算法;增材制造典型結(jié)構(gòu)件的高效路徑規(guī)劃算法;工藝仿真優(yōu)化工具軟件。
考核指標(biāo)：建立普適性的模型處理軟件，可自動(dòng)生成不少于5種工藝支撐和不少于5種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu);GB級(jí)數(shù)字模型切片時(shí)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(guī)劃算法，能夠自動(dòng)識(shí)別增材制造模型工藝特征不少于5種，GB級(jí)數(shù)字模型自動(dòng)工藝路徑規(guī)劃時(shí)間不大于1小時(shí);開發(fā)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(yōu)化工具軟件。
1.4 高負(fù)載旋轉(zhuǎn)件增材制造技術(shù)與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：針對(duì)動(dòng)力、能源等領(lǐng)域的葉片、葉盤、葉輪等高負(fù)載(高轉(zhuǎn)速與高溫)旋轉(zhuǎn)件的增材制造需求，研究：基于增材制造的旋轉(zhuǎn)件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;旋轉(zhuǎn)件增材制造工藝特性及組織和性能調(diào)控技術(shù);高預(yù)熱溫度激光選區(qū)熔化增材制造裝備;增材制造旋轉(zhuǎn)件后續(xù)熱處理、精整加工、檢測與綜合評(píng)價(jià)技術(shù)。
考核指標(biāo)：增材制造旋轉(zhuǎn)件綜合力學(xué)性能(包括疲勞、斷裂韌性和高溫蠕變性能)滿足相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，中低溫旋轉(zhuǎn)件性能與鍛件性能相當(dāng)，高溫轉(zhuǎn)動(dòng)件性能不低于鑄件;粉末床預(yù)熱溫度達(dá)到600℃以上的激光選區(qū)熔化增材制造裝備;建立相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、增材制造工藝、檢測與評(píng)價(jià)體系及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
1.5 微納結(jié)構(gòu)增材制造工藝與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：研究復(fù)雜三維微納結(jié)構(gòu)增材制造新原理和新工藝，研發(fā)與微納結(jié)構(gòu)增材制造工藝匹配的成形材料體系，實(shí)現(xiàn)功能化的微納結(jié)構(gòu)與宏觀結(jié)構(gòu)同步制造，開發(fā)微納增材制造裝備樣機(jī);以微機(jī)電系統(tǒng)、傳感器、微納光學(xué)，精密醫(yī)療器件等為應(yīng)用對(duì)象，開展器件制造應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，形成具有重大應(yīng)用前景的新型功能器件原型，實(shí)現(xiàn)具有微納特征的三維結(jié)構(gòu)與功能一體化制造。
考核指標(biāo)：層厚精度優(yōu)于2μm，表面粗糙度Ra優(yōu)于300nm;制造范圍不小于100×100×50mm;實(shí)驗(yàn)應(yīng)用器件不少于5類;形成材料、工藝、裝備等規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。
1.6 可降解個(gè)性化植入物的增材制造技術(shù)與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：可降解生物材料的增材制造設(shè)備、工藝與植入物個(gè)性化設(shè)計(jì)軟件;與增材制造工藝匹配的可降解材料;個(gè)性化可降解醫(yī)學(xué)植入物設(shè)計(jì)原理、增材制造和臨床試驗(yàn)應(yīng)用研究。
考核指標(biāo)：設(shè)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(guī)范，產(chǎn)品通過安全性評(píng)價(jià)，符合外科植入物國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);植入物降解后達(dá)到組織的功能再生，臨床試驗(yàn) 40例以上。
1.7 多細(xì)胞精準(zhǔn)3D打印技術(shù)與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：多細(xì)胞體系的3D打印設(shè)備和細(xì)胞存活維持系統(tǒng);細(xì)胞與基質(zhì)材料一體化的生物打印墨水體系;以復(fù)雜人體組織和器官為對(duì)象的藥物模型和動(dòng)物試驗(yàn)研究。
考核指標(biāo)：設(shè)備加工尺寸不小于300?300?200mm，保證85%以上細(xì)胞存活不小于10天;滿足打印工藝的細(xì)胞材料(生物墨水)10種以上，材料與設(shè)備達(dá)到生物安全標(biāo)準(zhǔn)，藥物和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)各20例以上;建立多組織與器官的打印工藝規(guī)范，滿足國家生物醫(yī)學(xué)安全相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。
1.8 高性能聚合物材料醫(yī)療植入物增材制造技術(shù)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：聚醚醚酮等高性能聚合物材料醫(yī)療植入物增材制造技術(shù);適用醫(yī)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(yī)療植入物臨床試驗(yàn)應(yīng)用。
考核指標(biāo)：制作精度優(yōu)于0.05mm，達(dá)到醫(yī)療植入標(biāo)準(zhǔn)的聚合物材料(粉料或線材)4種以上;制件拉伸力學(xué)性能不低于90MPa，產(chǎn)品通過安全性評(píng)價(jià)，符合外科植入物國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完成動(dòng)物實(shí)驗(yàn);臨床試驗(yàn)40例以上。
1.9 移動(dòng)式增材修復(fù)與再制造技術(shù)與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：針對(duì)交通、動(dòng)力、能源、石化等大型高價(jià)值裝備的快速現(xiàn)場維修需求，研究：現(xiàn)場增材修復(fù)與再制造工藝與裝備;針對(duì)現(xiàn)場增材修復(fù)與再制造的快速三維測量、數(shù)模分析、成形策略、數(shù)模分層及路徑規(guī)劃軟件;零件現(xiàn)場可修復(fù)性與再制造性的定性和定量評(píng)價(jià)方法;適用于現(xiàn)場增材制造維修的集約化材料設(shè)計(jì);現(xiàn)場熱處理及后續(xù)加工策略;修復(fù)件無損檢測與服役壽命預(yù)測，以及性能評(píng)價(jià)和考核。
考核指標(biāo)：移動(dòng)式增材修復(fù)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(fù)零件尺寸不小于3m;工藝裝備滿足陸運(yùn)、海運(yùn)、空運(yùn)等運(yùn)輸條件和現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求，運(yùn)輸?shù)焦ぷ鞯攸c(diǎn)后工作準(zhǔn)備時(shí)間小于0.5h;集約化材料修復(fù)和再制造后綜合力學(xué)性能不低于原件性能的80%;建立現(xiàn)場增材修復(fù)與再制造的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，在國家重大工程中應(yīng)用。
1.10 增材制造件后續(xù)電化學(xué)精整加工的整體制造策略與工藝技術(shù)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：針對(duì)現(xiàn)有金屬增材制造技術(shù)難以同時(shí)兼顧高效率和高精度制造的瓶頸問題，研究兼?zhèn)涓咝屎透呔鹊脑霾闹圃炫c電化學(xué)精整加工的整體最佳制造策略與工藝技術(shù)，建立增材制造金屬零件結(jié)構(gòu)特征、材料組織、應(yīng)力狀態(tài)與電化學(xué)精整加工的工藝匹配關(guān)系。
考核指標(biāo)：最終制造件單方向尺寸不小于500mm，尺寸精度優(yōu)于±0.05mm，表面粗糙度優(yōu)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(tái)、孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力;建立相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，實(shí)現(xiàn)鈦合金、高溫合金等典型產(chǎn)品在國家重大工程中應(yīng)用。
1.11 在傳統(tǒng)制造結(jié)構(gòu)件上增材制造精細(xì)結(jié)構(gòu)(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：針對(duì)現(xiàn)有金屬增材制造技術(shù)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(xì)結(jié)構(gòu);在機(jī)械加工件上增材制造局部精細(xì)結(jié)構(gòu);在鑄件上增材制造局部精細(xì)結(jié)構(gòu)。
考核指標(biāo)：可在包括鎳基高溫合金、鈦合金、鋁合金和鋼類合金的傳統(tǒng)制造結(jié)構(gòu)件上增材制造精細(xì)結(jié)構(gòu);復(fù)合制造的整體結(jié)構(gòu)件不低于原件的綜合力學(xué)性能;較傳統(tǒng)制造方法效率提升一倍，成本降低30%以上;建立相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)庫和標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。
1.12 金屬增材制造的高頻超聲檢測技術(shù)與裝備(重大共性關(guān)鍵技術(shù)類)
研究內(nèi)容：不同時(shí)、空調(diào)制下，超聲激勵(lì)方法在金屬增材制件中激發(fā)超聲的作用機(jī)理和規(guī)律;增材制造的材料組織、冶金缺陷、應(yīng)力狀態(tài)與高頻超聲的相互作用規(guī)律、數(shù)據(jù)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(shù)。
考核指標(biāo)：研制出可對(duì)增材制造過程實(shí)時(shí)在線檢測及對(duì)增材制造完成后的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測的非接觸式高頻超聲檢測裝備和數(shù)據(jù)處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qū)≤0.1mm，可檢測缺陷的分辨率優(yōu)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(gòu)件高頻超聲檢測的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。
1.13 基于Web環(huán)境的消費(fèi)級(jí)3D打印在線處理服務(wù)技術(shù)應(yīng)用示范(應(yīng)用示范類)
研究內(nèi)容：針對(duì)消費(fèi)級(jí)3D打印應(yīng)用的并發(fā)性高、價(jià)格敏感性高、個(gè)性化要求高以及用戶專業(yè)化程度低的特點(diǎn)，研究：基于Web的輕量化在線建模技術(shù);超大規(guī)模三維數(shù)據(jù)并行處理技術(shù);個(gè)人消費(fèi)級(jí)的3D打印物體精準(zhǔn)彩色上色技術(shù)。
考核指標(biāo)：建模軟件可在iOS、安卓、Windows等用戶終端上運(yùn)行，支持1000人并發(fā);支持總量10億級(jí)面片的超大規(guī)模三維模型的并行生成、切片;三維物體上色表面誤差≤2mm;實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目研發(fā)技術(shù)在創(chuàng)新創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用示范，軟件銷售2000套以上。
1.14 高強(qiáng)鋁合金增材制造技術(shù)在大型客機(jī)制造中的應(yīng)用示范(應(yīng)用示范類)
研究內(nèi)容：針對(duì)國產(chǎn)大型客機(jī)高強(qiáng)鋁合金結(jié)構(gòu)件，研究：基于增材制造工藝的大型客機(jī)結(jié)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì)方法;批量化增材制造的工藝穩(wěn)定性和性能評(píng)價(jià);基于增材制造工藝的專用高強(qiáng)鋁合金設(shè)計(jì)許用值;民機(jī)適航條款符合性驗(yàn)證方法以及可靠性評(píng)價(jià)方法;基于增材制造的大型客機(jī)“材料-設(shè)計(jì)-工藝-檢測-評(píng)價(jià)”全流程技術(shù)體系。
考核指標(biāo)：建立滿足適航審定要求的整套制造工藝、材料及評(píng)價(jià)體系文件;在保持同等剛度并滿足相關(guān)服役要求的基礎(chǔ)上相對(duì)傳統(tǒng)制造方案實(shí)現(xiàn)減重10%，制造周期縮短20%;使用增材制造技術(shù)批量生產(chǎn)典型鋁合金零件并裝機(jī)應(yīng)用，零件的主要性能離散度小于5%;應(yīng)用國內(nèi)自主研發(fā)的增材制造裝備與技術(shù)成果。
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