增材制造與激光制造重點專項

1、附件9增材制造與激光制造”重點專項2017年度項目申報指南建議為落實國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）»和中國制造2025等提由的任務(wù)，國家重點研 發(fā)計劃啟動實施“增材制造與激光制造”重點專項。根據(jù)本專項實施方案的部署，現(xiàn)提由2017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(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 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)先進激光器，研制高端激光制造 工藝裝備；到 2020年，基本形成我國增材制造與

2、激光制造 的技術(shù)創(chuàng)新體系與產(chǎn)業(yè)體系互動發(fā)展的良好局面，促進傳統(tǒng) 制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，支撐我國高端制造業(yè)發(fā)展。本重點專項按照“圍繞產(chǎn)業(yè)鏈，部署創(chuàng)新鏈”的要求， 圍繞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)用與示范部署任務(wù)。專項實施周期為5年（2016 2020）。1 .增材制造1.1 面向增材制造的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)（基礎(chǔ)前沿類）研究內(nèi)容：研究面向金屬增材制造的工藝約束建模方 法，結(jié)合結(jié)構(gòu)功能與承載性能約束，發(fā)展復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)的高 性能輕量化拓撲優(yōu)化方法，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)型、功能組件布局、 多材料梯度布局的整體匹配優(yōu)化設(shè)計；制定面向增材制造的 整體結(jié)構(gòu)、多材料梯度結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的標準規(guī)范

3、、軟件，形 成可供工程化應(yīng)用的增材制造結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)體系?？己酥笜耍航⒃霾闹圃旃に嚰s束模型和實現(xiàn)方法、典 型零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法及其性能評估模型，可處理100萬以上變量及2種以上不同類型設(shè)計變量的混合優(yōu)化；整體 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)結(jié)構(gòu)件數(shù)量減少50%以上、功能和效能提升15%以上；形成相關(guān)設(shè)計軟件平臺、設(shè)計標準和規(guī)范；實 現(xiàn)在航空、航天、能源、動力等領(lǐng)域的應(yīng)用驗證。1.2 高效寬幅微滴噴射陣列打印頭的研發(fā)（重大共性關(guān) 鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：微滴噴射陣列打印頭的流體輸送特性、微小 液滴形成與噴射過程、打印頭壽命影響因素，液滴噴射品質(zhì) 的評價方法；微滴噴射陣列打印頭流道結(jié)構(gòu)設(shè)計、芯片封裝 過濾系

4、統(tǒng)設(shè)計、 MEMS制造工藝和 CMOS工藝設(shè)計優(yōu)化及 集成方法；智能芯片設(shè)計及開發(fā)，芯片模塊集成方法和校準 方式；打印頭微滴噴射控制技術(shù)?？己酥笜耍耗K化設(shè)計，微滴噴射陣列打印頭噴嘴密度 大于1200個/英寸；單位打印頭模塊A 100mm ,集成打印寬 幅A 900mm,打印頭最高工作頻率n 20 kHz,打印噴嘴壽命 大于2.5億次；可噴液體粘度范圍 1-100 CP。1.3 智能化增材制造系統(tǒng)平臺（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：增材制造元器件、材料工藝數(shù)據(jù)庫、在線檢 測反饋系統(tǒng)、系統(tǒng)決策控制融合，構(gòu)建增材制造智能化平臺 技術(shù)。建立工藝參數(shù)庫和知識庫，開發(fā)支持高精度成形的數(shù) 據(jù)處理算法和工藝

5、數(shù)據(jù)庫；建立在線檢測系統(tǒng)與信息反饋系 統(tǒng)，形成保證成形精度和制件質(zhì)量的智能化工藝參數(shù)系統(tǒng)； 研究裝備系統(tǒng)的自診斷和自檢測系統(tǒng)，形成智能在線預(yù)警和 設(shè)備自保護系統(tǒng)；建立增材制造過程的工業(yè)標準體系，實現(xiàn) 制造精度和質(zhì)量的在線智能化控制?？己酥笜耍汗に嚁?shù)據(jù)庫和工藝參數(shù)系統(tǒng)匹配不少于10種金屬、高分子（含覆膜砂）和陶瓷材料，以及5種以上的增材制造工藝或裝備；在線檢測和反饋系統(tǒng)實施后，增材制 造制件的變形、孔隙和裂紋等缺陷工藝可控，制件質(zhì)量穩(wěn)定 性提高1倍；在工程中得到實際應(yīng)用，實施不少于100個案例。1.4 高性能大型金屬構(gòu)件電弧/電子束熔絲增材制造裝備 與工藝（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：針對電弧

6、/電子束熔絲增材制造的三維數(shù)模分 析、成型策略優(yōu)化、數(shù)模分層及路徑規(guī)劃軟件；大跨度機器 手或6軸CNC運動控制技術(shù)與裝備；高性能大型金屬構(gòu)件 電弧/電子束熔絲成形構(gòu)件質(zhì)量控制及性能預(yù)測評估方法；成 形過程實時監(jiān)控技術(shù)；工藝和裝備的相關(guān)標準規(guī)范?？己酥笜耍貉b備最大成形尺寸A3500mm,成形效率A500cm3/h,變形控制在 0.4mm/100mm 以內(nèi)，構(gòu)件主要力學(xué) 性能指標不低于同成分鑄件或者鍛件，裝備連續(xù)工作時間不 低于240小時；實現(xiàn)應(yīng)用驗證。1.5 復(fù)雜精密金屬構(gòu)件電子束粉末床增材制造裝備與工 藝（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：高精度電子束掃描系統(tǒng)設(shè)計原理與實現(xiàn)方 法；粉床電子束增材制

7、造裝備系統(tǒng)集成與效能提升技術(shù)，包 括定量送鋪粉技術(shù)、輻射防護技術(shù)、快速冷卻與氣氛控制系 統(tǒng)集成技術(shù)，成形過程實時可視監(jiān)控與在線質(zhì)量診斷技術(shù) 等；復(fù)雜精密構(gòu)件粉床電子束成形工藝與軟件；復(fù)雜精密金 屬構(gòu)件電子束粉末床增材制造裝備。考核指標：增材制造裝備支持鈦合金、難熔金屬和金屬 間化合物等多種金屬材料的精確成形；成形區(qū)域尺寸A 350mm x 380mm,幾何精度± 0.2mm,成形效率A 80cm3/h （以成形標準鈦合金試樣塊為參考）；裝備與工藝實現(xiàn)應(yīng)用驗證。1.6 高性能非金屬材料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：高性能陶瓷及其復(fù)合材料增材制造技術(shù)；連 續(xù)纖維增強

8、復(fù)合材料增材制造技術(shù)；研制相應(yīng)的工藝裝備，建立相應(yīng)工藝裝備的適應(yīng)材料、設(shè)備可靠性、環(huán)保安全等標 準規(guī)范；針對國家重大工程需求的應(yīng)用研究?？己酥笜耍海?）高性能陶瓷及其復(fù)合材料增材制造裝備的成形尺寸大于 200mm x 200mm x 200mm,成形相對精度高 于± 2%,對于高致密度陶瓷，后處理后成形件致密度高于99%,對于陶瓷基復(fù)合材料構(gòu)件，具室溫斷裂韌性n8MPax m1/2 ； （ 2）連續(xù)纖維增強復(fù)合材料增材制造裝備尺寸不大 于400mmM 400mmM 600mm,可以通過行走方式實現(xiàn)尺寸A 2m的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件增材制造；（3）在國家重大工程中得到應(yīng) 用。1.7 用于缺損組織

9、修復(fù)的可降解仿生多孔支架的增材制 造制備技術(shù)（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：針對可降解生物材料的仿生微結(jié)構(gòu)及骨、軟 骨、血管、眼角膜等缺損組織修復(fù)支架的制備，研發(fā)相應(yīng)的 可降解生物材料增材制造裝備與工藝；開展可降解仿生支架 的再生修復(fù)性能及其調(diào)控技術(shù)研究，研究增材制造制備可降 解支架的醫(yī)療安全性和有效性的檢測標準與方法，研究制定 相關(guān)準入與監(jiān)管標準?？己酥笜耍汗に囇b備可以制備小于 500以m的仿生微結(jié) 構(gòu)，支架孔隙率達到 60%以上；制備的2-3種仿生多孔支架 達到進入臨床試驗的要求。1.8 增材制造修復(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：不同工業(yè)領(lǐng)域失效零件增材修復(fù)工藝與裝備

10、設(shè)計原則；零件可修復(fù)性評價與修復(fù)判據(jù)；損傷部位前處理 及在線3D測量方法、待修復(fù)部位幾何模型快速重建、分層 切片及掃描路徑規(guī)劃；面向工程化應(yīng)用的增材修復(fù)與再制造 專用合金材料設(shè)計和制備技術(shù)；增材修復(fù)與再制造的控形控 性技術(shù)；后處理與無損檢測、性能表征及性能考核?？己酥笜耍涸霾闹圃煨迯?fù)裝備可修復(fù)零件尺寸3.5m,變形量w 0.1mm/100mm；缺陷部位幾何重建時間小于0.5h,可實現(xiàn)修復(fù)層厚和掃描路徑調(diào)節(jié)；修復(fù)和再制造后綜合力學(xué) 性能不低于原件性能的 90%;建立增材修復(fù)與再制造標準及 規(guī)范；在國家重大工程中得到應(yīng)用。1.9 復(fù)合增材制造技術(shù)及裝備（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：增材/鍛造復(fù)合

11、制造技術(shù)；增材 /減材復(fù)合制 造技術(shù)（可任選材料同步送進增材制造技術(shù)或粉末床增材制 造技術(shù)）；研制相應(yīng)的工藝裝備；建立工藝數(shù)據(jù)庫以及工藝、 裝備、制件的相關(guān)標準規(guī)范；針對國家重大工程需求的應(yīng)用 研究?？己酥笜耍海?）增材/鍛造復(fù)合制造裝備支持多種金屬材 料增材成形，實現(xiàn)成形組織等軸細晶化，晶粒度及其均勻性 超過鍛件水平；成形效率n 3kg/h （以Ti-6Al-4V合金沉積為 參考），最大成形尺寸n 3500mm；變形控制在 0.3mm/100mm以內(nèi)；（2）增材/減材復(fù)合制造技術(shù)方向，對于材料同步送進 增材/減材復(fù)合制造技術(shù)，裝備具有成形復(fù)雜曲面以及帶有內(nèi) 腔、內(nèi)孔、內(nèi)流道零部件的能力，成形

12、零件精度不低于 0.5%。, 表面粗糙度不大于 2以m,最大成形尺寸 1000mm,成形效 率A 200cm3/h,連續(xù)工作時間n 240h;對于粉末床增材/減材 復(fù)合制造技術(shù)，裝備最大成形尺寸n300mm,成形效率A15cm3/h,無故障工作時間n 2000h; （3）建立相關(guān)的標準、 規(guī)范；（4）在國家重大工程中得到應(yīng)用。1.10 金屬增材制造缺陷和變形的射線檢測技術(shù)與裝備（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：增材制造過程冶金缺陷與應(yīng)力應(yīng)變的在線射 線（包括X射線、紅外和自然光等）無損檢測方法；元素含 量的高精度在線檢測；增材制造特殊冶金缺陷的形成機理、 缺陷特征和無損檢驗特性；檢測信息與材料、

13、結(jié)構(gòu)性能之間 的關(guān)聯(lián)?？己酥笜耍貉兄朴山饘僭霾闹圃煸诰€射線檢測裝備，實 現(xiàn)鈦合金、合金鋼、鋁合金、高溫合金等4類金屬結(jié)構(gòu)件增材制造過程的在線檢測；主要成分探測值誤差優(yōu)于±3at.%,缺陷的檢測識別精度w 0.05mm （以25mm厚的鈦合金為參 考），變形的檢測精度w 0.1mm/100mm;形成相關(guān)射線的檢 測規(guī)范和標準。1.11 增材制造技術(shù)在航空航天制造領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范（應(yīng)用示范類）研究內(nèi)容：針對飛機和航天器的國家重點工程任務(wù)，提 由基于增材制造的系統(tǒng)級結(jié)構(gòu)設(shè)計新思路，梳理由適合于增 材制造的結(jié)構(gòu)件的類型，進行基于增材制造工藝的結(jié)構(gòu)與材 料優(yōu)化設(shè)計，采用適當(dāng)?shù)脑霾闹圃旒夹g(shù)完

14、成相關(guān)零部件的制 造和后處理，形成成套的增材制造過程與制件性能的分析檢 測技術(shù)，進行增材制造結(jié)構(gòu)件以及采用增材制造件后系統(tǒng)的 功能、性能、制造效率與成本的綜合評價?？己酥笜耍航Y(jié)構(gòu)件減重 30%,功能提升15%,制造 全周期縮短20%,成本降低20%;可覆蓋的零件應(yīng)用比 例不低于鋁合金和鈦合金結(jié)構(gòu)總重量的3%;建立整套設(shè)計方法、制造工藝及評價體系；實現(xiàn)增材制造結(jié)構(gòu)件的批量生 產(chǎn)并裝機應(yīng)用；優(yōu)先采用科技計劃（專項、基金等）支持的 技術(shù)成果。1.12 個性化定制醫(yī)療器械增材制造技術(shù)與應(yīng)用示范（應(yīng) 用示范類）研究內(nèi)容：開展金屬與非金屬醫(yī)療器械（含醫(yī)用非醫(yī)療 器械）的個性化建模、設(shè)計與定制增材制造技術(shù)研

15、究，并在 臨床需求量較大、個性化特征需求較高的方向開展臨床應(yīng)用 研究，主要包括增材制造個性化人工關(guān)節(jié)，個性化人工脊柱 植入物，個性化義齒及種植體，個性化顱頜面缺損修復(fù)體， 增材制造人體疾病精準治療等；建立增材制造生物醫(yī)療臨床應(yīng)用的服務(wù)、設(shè)計、定制生產(chǎn)和綜合評價的標準規(guī)范及質(zhì)量 監(jiān)控體系?？己酥笜耍寒a(chǎn)品打印精度和性能滿足臨床使用要求（一 般精度優(yōu)于0.1mm）;對于增材制造I類、II類和III類醫(yī)療 器械（含醫(yī)用非醫(yī)療器械）的臨床試用或應(yīng)用病例達到200例以上；相關(guān)產(chǎn)品進入 CFDA評價；優(yōu)先采用科技計劃（專 項、基金等）支持的技術(shù)成果。1.13 面向創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的3D打印技術(shù)平臺及應(yīng)用（應(yīng)用示 范

16、類）研究內(nèi)容：針對不同層次人群創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的需求，開發(fā)3D打印創(chuàng)意設(shè)計和建模軟件，研發(fā)一體化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺，匯聚 3D打印創(chuàng)新設(shè)計、打印設(shè)備等資源，面向教育、培訓(xùn)、創(chuàng) 新設(shè)計、文化創(chuàng)意等開展應(yīng)用示范?？己酥笜耍涸诰€3D設(shè)計軟件支持1000人并發(fā)；平臺活 躍用戶10萬人以上；優(yōu)先采用科技計劃（專項、基金等） 支持的技術(shù)成果。2 .激光制造2.1 超快激光微納制造機理及新方法（基礎(chǔ)前沿類）研究內(nèi)容：面向新能源、國防、航空航天等領(lǐng)域國家重 大需求和新型功能器件制造，建立超快激光與材料相互作用 多尺度理論與觀測體系，從電子層面理解光場調(diào)控下微納加 工的新現(xiàn)象和新效應(yīng)；研究超快激光時域/空域分布對電子動態(tài)和材

17、料性質(zhì)調(diào)控的加工新原理、新方法及其前沿應(yīng)用，設(shè) 計和加工若干具有重大應(yīng)用前景的新型微納功能器件。考核指標：建立超快激光與材料相互作用的多尺度模型；實現(xiàn)加工過程的多尺度觀測，跨越 10個以上時間數(shù)量 級；加工面積達到平方厘米量級、含超過 10萬個微納結(jié)構(gòu)； 解決新能源、國防、航空航天等領(lǐng)域 1-3個國家重大需求中 核心構(gòu)件的制造難題，發(fā)展 1-3個有重大應(yīng)用前景的新型功 能器件。2.2 制造用大功率光纖激光器（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：針對激光制造/增材制造裝備需求，開發(fā)傳輸 組件、功率合束器等大功率光纖激光關(guān)鍵器件；開展光束質(zhì) 量控制、非線性抑制、光譜控制、多路光纖激光功率合成等 關(guān)鍵技術(shù)

18、研究；研究高功率泵浦、散熱、輸由功率穩(wěn)定性及 光致暗化等關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展工業(yè)化大功率光纖激光器系統(tǒng)集 成和模塊化組裝技術(shù)?？己酥笜耍洪_發(fā)由長壽命3kW單模光纖激光器和高可靠 性20kW30kW 的多模光纖激光器（輸由光纖芯徑w200以m）;實現(xiàn)2kW單模光纖激光器與20kW多模光纖激光器的 小批量化制造；項目驗收時實現(xiàn)激光制造用2kW 單模光纖激光器100臺以上、以及20kW多模光纖激光器10臺以上 的銷售量；實現(xiàn)項目研制大功率光纖激光器在激光制造裝備 上的應(yīng)用示范。2.3 制造用紫外激光器（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：針對激光制造/增材制造裝備需求，開發(fā)紫外 激光元器件加工工藝，解決抗損傷紫

19、外晶體等光學(xué)元件產(chǎn)品 化難題；研究工業(yè)激光器數(shù)值設(shè)計與仿真方法，研究高功率 紫外激光器的制造技術(shù)；研究激光器光場分布、偏振 /相位特 性等調(diào)控新方法，構(gòu)建紫外激光器性能驗證的加工工藝平臺， 研究紫外激光器工業(yè)化解決方案?？己酥笜耍貉兄朴?40W 級以上100kHz1MHz的355nm 與10W級50kHz150kHz的266nm納秒脈沖激光器； 建立半 自動化紫外激光器批量裝配生產(chǎn)線；項目驗收時國產(chǎn)化工業(yè) 紫外激光器實現(xiàn) 200臺以上銷售，其中20W的激光器銷售 不少于20臺、10W的激光器銷售不少于 30臺；實現(xiàn)項目 研制紫外激光器在激光制造裝備上的應(yīng)用示范。2.4 硬脆材料的激光高效加工裝

20、備（重大共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：研究硬脆材料的微結(jié)構(gòu)成形機理及工藝方法， 研究硬脆材料激光高效精密制造技術(shù)及表面質(zhì)量控制方法； 攻克激光脈沖調(diào)制、光束穩(wěn)定性控制、多軸運動協(xié)同等關(guān)鍵 技術(shù)；研制高精度高速掃描振鏡等激光制造用元器件，開發(fā) 成套專用激光制造裝備?？己酥笜耍好闇屎教旌娇?、能源等領(lǐng)域的典型硬脆材料 加工需求，研制動態(tài)三維掃描振鏡（最大掃描速度不低于 8m/s、瞬態(tài)特性不大于160以s）;開發(fā)光機電協(xié)同控制系統(tǒng)；研發(fā)不少于2類激光精密自動化制造裝備，表面粗糙度Raw 0.0004mm,尺寸精度誤差優(yōu)于 0.005mm,進行典型工程應(yīng) 用。2.5 復(fù)雜微細結(jié)構(gòu)的激光加工與測量技術(shù)及裝備（重大 共性關(guān)鍵技術(shù)類）研究內(nèi)容：研究微細激光光束聚焦機理及激光掃描方法； 研究突破激光衍射極限的高深寬比納米結(jié)構(gòu)的激光加工技 術(shù)；研究超細激光制造過程監(jiān)測和加工質(zhì)量控制方法；開發(fā) 超細激光聚焦加工樣機及質(zhì)量檢測設(shè)備。考核指標：研制由微細激光聚焦加工樣機，實現(xiàn)深寬 比10:1三維納米結(jié)構(gòu)，以及特征尺度 10nm的二維納米結(jié) 構(gòu)激光制造；開發(fā)由橫向分辨率 200nm，軸向分辨率 20nm 的超分辨三維光學(xué)測量裝置。實現(xiàn)1-2件微納器件制造應(yīng)用。2.6 激光高性能連接/超精密焊接裝備（重大共性關(guān)