增材制造与激光制造_激光增材制造
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附件6 “增材制造与激光制造”重点专项 2018年度项目申报指南建议
为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》和《中国制造2025》等提出的任务，国家重点研发计划启动实施“增材制造与激光制造”重点专项。根据本专项实施方案的部署，现提出2018年度项目申报指南建议。
本重点专项总体目标是：突破增材制造与激光制造的基础理论，取得原创性技术成果，超前部署研发下一代技术；攻克增材制造的核心元器件和关键工艺技术，研制相关重点工艺装备；突破激光制造中的关键技术，研发高可靠长寿命激光器核心功能部件、国产先进激光器，研制高端激光制造工艺装备；并实现产业化应用示范；到2020年，基本形成我国增材制造与激光制造的技术创新体系与产业体系互动发展的良好局面，促进传统制造业转型升级，支撑我国高端制造业发展。
本重点专项按照“围绕产业链，部署创新链”的要求，从增材制造与激光制造的基础理论与前沿技术、关键工艺与装备、创新应用与示范三个层次，围绕增材制造与激光制造两个方向，共部署10个重点研究任务。专项实施周期为5年（2016－2020年）。
考核指标：单电子枪功率不小于3kW，最小束斑直径200μm；扫描范围不小于400mm400mm，精度优于100μm；电子枪系统无故障工作时间大于200小时；在电子束增材制造装备中得到应用验证。
1.3面向增材制造的模型处理以及工艺规划软件系统（重大共性关键技术类）
研究内容：适用于各种增材制造技术的普适性数字模型处理方法；针对数字模型的高效切片算法；增材制造典型结构件的高效路径规划算法；工艺仿真优化工具软件。
考核指标：建立普适性的模型处理软件，可自动生成不少于5种工艺支撑和不少于5种点阵结构；GB级数字模型切片时间不大于30分钟；适用于3种以上主流增材制造工艺的高效路径规划算法，能够自动识别增材制造模型工艺特征不少于5种，GB级数字模型自动工艺路径规划时间不大于1小时；开发不少于三种以上主流增材制造工艺（包括金属和非金属）的仿真优化工具软件。
1.4高负载旋转件增材制造技术与装备（重大共性关键技术类）
研究内容：针对动力、能源等领域的叶片、叶盘、叶轮等高负载（高转速与高温）旋转件的增材制造需求，研究：基于增材制造的旋转件结构优化设计方法；旋转件增材制造工艺特性及组织和性能调控技术；高预热温度激光选区熔化增材制造装备；增材制造旋转件后续热处理、精整加工、检
用研究。
考核指标：设备加工尺寸不小于300300300mm，制作精度不低于0.05mm；满足制造工艺的可降解材料5种以上，制作过程满足植入物安全规范，产品通过安全性评价，符合外科植入物国家/行业标准；植入物降解后达到组织的功能再生，临床试验 40例以上。
1.7 多细胞精准3D打印技术与装备（重大共性关键技术类）
研究内容：多细胞体系的3D打印设备和细胞存活维持系统；细胞与基质材料一体化的生物打印墨水体系；以复杂人体组织和器官为对象的药物模型和动物试验研究。
考核指标：设备加工尺寸不小于300300200mm，保证85%以上细胞存活不小于10天；满足打印工艺的细胞材料（生物墨水）10种以上，材料与设备达到生物安全标准，药物和动物实验各20例以上；建立多组织与器官的打印工艺规范，满足国家生物医学安全相关规范或标准。
1.8高性能聚合物材料医疗植入物增材制造技术（重大共性关键技术类）
研究内容：聚醚醚酮等高性能聚合物材料医疗植入物增材制造技术；适用医疗植入要求的聚合物材料增材制造材料体系；增材制造聚合物医疗植入物临床试验应用。
考核指标：制作精度优于0.05mm，达到医疗植入标准的聚合物材料（粉料或线材）4种以上；制件拉伸力学性能
术，建立增材制造金属零件结构特征、材料组织、应力状态与电化学精整加工的工艺匹配关系。
考核指标：最终制造件单方向尺寸不小于500mm，尺寸精度优于±0.05mm，表面粗糙度优于Ra 1.6μm；同等加工精度条件下整体制造效率较采用铣削方法精整加工提高3倍以上（以镍基高温合金为参考）；具备成形加工空间曲面、凸台、孔等复杂结构的能力；建立相关的标准与规范，实现钛合金、高温合金等典型产品在国家重大工程中应用。
1.11在传统制造结构件上增材制造精细结构（重大共性关键技术类）
研究内容：针对现有金属增材制造技术难以兼顾高效率和低成本制造的瓶颈问题，研究：在锻件上增材制造局部精细结构；在机械加工件上增材制造局部精细结构；在铸件上增材制造局部精细结构。
考核指标：可在包括镍基高温合金、钛合金、铝合金和钢类合金的传统制造结构件上增材制造精细结构；复合制造的整体结构件不低于原件的综合力学性能；较传统制造方法效率提升一倍，成本降低30%以上；建立相关的工艺数据库和标准与规范。
1.12金属增材制造的高频超声检测技术与装备（重大共性关键技术类）
研究内容：不同时、空调制下，超声激励方法在金属增材制件中激发超声的作用机理和规律；增材制造的材料组
研究内容：针对国产大型客机高强铝合金结构件，研究：基于增材制造工艺的大型客机结构件优化设计方法；批量化增材制造的工艺稳定性和性能评价；基于增材制造工艺的专用高强铝合金设计许用值；民机适航条款符合性验证方法以及可靠性评价方法；基于增材制造的大型客机“材料-设计-工艺-检测-评价”全流程技术体系。
考核指标：建立满足适航审定要求的整套制造工艺、材料及评价体系文件；在保持同等刚度并满足相关服役要求的基础上相对传统制造方案实现减重10%，制造周期缩短20%；使用增材制造技术批量生产典型铝合金零件并装机应用，零件的主要性能离散度小于5%；应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.15增材制造支撑动力装备设计、制造和维修全流程优化的应用示范（应用示范类）
研究内容：针对航空发动机和燃气轮机等动力装备，研究基于增材制造的创新设计、快速研发、高性能制造和快速维修全流程优化技术，并进行应用示范，包括：面向系统级、性能优先的功能集成化设计；新产品研发的快速迭代技术；高性能、高效率和经济可行的增材制造技术；高性能快速外场维修技术。
考核指标：建立动力装备系统级架构到典型功能部件的基于增材制造的创新设计方法、标准规范、制造工艺数据库及评价体系，形成轻重量、高性能、长寿命、高可靠、集约
期长的问题，开展增材制造整体结构陶瓷铸型（模壳与型芯一体化增材制造）的应用示范研究，包括：陶瓷铸型结构设计；陶瓷材料优化设计；陶瓷铸型的增材制造；增材制造陶瓷铸型熔模精密铸造全流程工艺技术；陶瓷型高温性能、精度、制造效率与成本的综合评价；在国家重大工程任务中开展应用示范。
考核指标：1500℃铸型抗弯强度≥15MPa，成形相对精度优于0.2%；实现复杂结构高性能零件精密铸造，铸件不合格率相对于传统技术降低50%；实现国家重大工程任务中5种以上关键铸件的示范应用；应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.18高性能聚合物零部件增材制造技术的应用示范（应用示范类）
研究内容：针对航空航天、汽车、船舶等领域高性能复杂结构聚合物零部件的制造需求，在优化设计、高性能聚合物材料、增材制造装备、工艺、环境适用性和环保性、性能检测与质量评价方法等方面开展系统的增材制造示范应用，实现显著缩短制造周期，降低制造成本的产业化应用目标。
考核指标：零部件制作精度和性能满足工程应用要求，单件制造周期相对于传统制造工艺缩短80%，材料节省50%，综合成本降低20%；建立4-5种应用材料体系、制造工艺规范和质量评价标准；100种以上零部件进入工程应用；应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.21个性化医学假肢与肢具的增材制造应用示范（应用示范类）
研究内容：以假肢、肢具、矫正器等个性化康复与治疗为目标，进行增材制造技术应用示范，建立三维测量和个性化设计、增材制造、适用评估和临床应用系统。
考核指标：相对现有技术制造时间缩短50%以上，成本降低50%以上；建立制作和医疗应用规范，产品符合相关标准并获得市场准入，在5个医院建立应用示范单位，个性化应用案例200例以上； 应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
1.22 个性化医疗功能模型3D打印技术应用（应用示范类）研究内容：开展复杂人体组织器官手术规划和技能培训的3D打印功能模型应用示范，显著提高人体复杂模型3D打印的色彩精准性、影像对比度、质感及功能拟人化程度，推动多组织器官功能模型的大规模应用。
考核指标：应用功能模型15种以上，功能材料20种以上，缩短手术时间2/3以上；应用案例1000例以上，培训500人以上；建立人体组织功能模型材料与工艺规范、质量控制规范；应用国内自主研发的增材制造装备与技术成果。
2．激光制造
2.1飞秒激光精密制造应用基础研究（基础前沿类）研究内容：面向信息、新能源、交通、医疗等领域中的国家重大需求和国民经济主战场中核心结构关键制造挑战，3
2.3微纳结构激光跨尺度制造工艺与装备（共性关键技术）研究内容：研究激光与材料相互作用的物质瞬态弛豫过程，探索激光诱导自组干涉微纳结构的调控机制，研究微细结构、功能阵列微孔高效制造、减阻功能微结构制造新方法，突破宏-微-纳跨尺度激光纳米级加工中运动基准与驱动系统存在的耦合干扰问题，攻克光束零位漂移补偿与激光器参数优化控制等关键技术，开发成套装备。
考核指标：瞄准航空航天高速飞行器、电子制造等领域，研制1类激光微结构跨尺度制造装备；最小线宽≤20nm，实现三维光子集成器件制造；实现减反功能阵列微群孔制造，透过率增加量≥10%；实现减阻面积≥1000cm2微纳结构功能表面制造，阻力系数减小≥10%。实现不少于3类具有重大应用前景的跨尺度微纳功能器件制造。
2.4基于衍射光学元件的激光并行制造工艺及装备（重大共性关键技术类）
研究内容：探索激光与纤维类复合材料的相互作用机理，研究基于衍射光学元件的激光并行制造新方法，研究并行激光加工智能监测及反馈系统，研究激光并行制造成套装备技术。
考核指标：瞄准交通运输、能源以及电子制造等领域，优先采用国产激光器，开发不少于2类高端激光并行制造装备，分光光束大于20束，加工精度优于10μm，各并行光束能量稳定性优于1%，进行工程应用。
量要求的激光焊接工艺、激光焊接机理与焊缝的主要失效行为、激光焊缝跟踪定位技术及焊接变形控制技术，研究高可靠性成套装备技术。考核指标：研制不少于3类激光焊接成套设备和焊接工艺。大型薄壁构件连续焊缝长度≥3500mm，厚度≤0.8mm，焊接变形量≤±0.1mm，焊缝性能满足相关行业具体要求，建立焊接工艺数据库，形成工艺规范和标准，在核电、航空、高铁、船舶等领域，进行不少于20台套激光焊接的示范应用。
2.8厚板、中厚板激光焊接技术应用示范（应用示范类）研究内容：针对厚板（厚度≥70mm）、圆周中厚板（厚度≥8mm）金属管材，探索激光焊接和激光电弧复合焊接新方法，设计集激光焊与电弧焊于一体的复合焊炬；研究焊缝缺陷形成机理及其检测与控制技术、热应力调控技术、焊接精度控制技术，以及激光/电弧复合焊接系统的运动控制技术。完成系统激光器起停及输出功率的变化、弧焊参数的变化等控制任务，研究高可靠性成套装备技术。
考核指标：研制不少于2类激光焊接、激光复合焊接成套设备与焊接工艺。厚板连续焊缝长度≥5000mm，圆周中厚板焊缝长度≥2000mm；对完成圆周中厚板的激光电弧复合焊焊缝进行力学性能试验，满足API 1104要求。建立工艺规范和标准。并在核电、航空航天、交通运输、能源、海洋、石油化工等领域内，进行不少于20台套的示范应用。
2.9 激光金属制孔技术应用示范（应用示范类）
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