“增材制造與激光制造”重點專項2016年度項目申報指南

依據《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》，科技部會同有關部門組織開展了《國家重點研發計劃增材制造與激光制造重點專項實施方案》編制工作，在此基礎上啟動增材制造與激光制造重點專項2016年度項目，并發布本指南。

本專項總體目標是：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；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。

本專項按照“圍繞產業鏈，部署創新鏈”的要求，圍繞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、創新應用與示范設置任務。

按照突出重點、分步實施的原則，2016年首批在增材制造與激光制造2個方向上啟動29個項目。

1．增材制造

1.1高性能金屬結構件激光增材制造控形控性研究（基礎前沿類）

研究內容：針對激光熔覆沉積大型金屬結構件和激光選區熔化成形復雜金屬結構件，研究激光/金屬熱交互作用及熔池冶金動力學行為和超高溫移動熔池非平衡凝固行為，揭示增材制造構件成形的幾何特征和沉積態組織形成規律；研究成形過程的應力應變和變形開裂規律，提出預防變形開裂的工藝準則；研究增材制造過程及后續熱處理過程材料組織形成規律，形成優化的熱處理制度；研究增材制造工藝條件下合金成分與材料組織和性能的關系，形成增材制造專用合金的設計原則；研究金屬結構件增材制造的質量控制與評價方法，形成質量評價規范與標準。

考核指標：熔覆沉積成形結構件最大方向成形尺寸≥3m，變形量≤0.5mm/100mm；選區熔化成形構件最大方向成形尺寸≥400mm，變形量≤0.2mm/100mm；成形結構件的綜合力學性能接近或相當于同種金屬合金的鍛件水平；成形構件實現工程試用。

實施年限：5年

擬支持項目數：2項

有關說明：優先支持緊密圍繞國家重大工程應用需求的產學研合作研究。

1.2高效高精度激光增材制造熔覆噴頭的研發（重大共性關鍵技術類）

研究內容：研究送粉式激光增材制造噴頭的粉末輸送特性、影響因素以及粉末輸送質量的評價方法，提出高效、高精度制造的粉末輸送與增材制造工藝的匹配原則；研究送粉激光增材制造熔覆噴頭結構的優化設計方法，包括模塊化設計、送粉通道結構優化設計、水冷結構優化設計；研究噴頭工作距離自動調控裝置及噴頭工作距離變化條件下的工藝技術。

考核指標：匹配激光器功率范圍100~20000W，連續開光熔覆時間≥8h，溫升≤200℃，可自動調節工作距離處的光斑直徑。

實施年限：5年

擬支持項目數：1-2項

1.3高性能大型金屬結構件激光同步送粉增材制造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）

研究內容：分層處理、路徑規劃及工藝過程等全流程控制軟件；高效高精度增材制造工藝特性及精度和效率匹配控制策略；防污染、防反射光路設計，長程高精度多路粉體同步送進技術及增材制造過程氣氛控制技術；成形過程實時可視監控技術與成形質量參數的特征辨識與智能處理技術；大跨度高精度激光束/數控工作臺或機器手的聯合運動控制技術。研制高性能大型金屬構件激光同步送粉高效高精度增材制造工藝裝備，在開展工藝試驗基礎上，形成工藝數據庫以及工藝、裝備、制件的相關標準規范。

考核指標：裝備最大成形尺寸≥3500mm，成形效率≥450cm3/h（以Ti-6Al-4V合金沉積為參考），連續工作時間≥240h。

實施年限：5年

擬支持項目數：2項

有關說明：企業牽頭，優先支持緊密圍繞國家重大工程應用需求的產學研合作研究。

1.4粉末床激光選區熔化增材制造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）

研究內容：高精度成形的裝備設計原理與實現方法（包括成形平臺定位精度、光斑定位精度、粉末預熱溫度的設計與控制方法等）；高效率成形的裝備設計原理與實現方法（包括多激光束、多振鏡的應用，更高效的鋪粉方式等）；先進成形軟件設計（包括分層厚度、填充策略等）；裝備運行的高穩定性和可靠性設計與制造；高可靠性氣氛控制；制造過程的溫度、幾何、氣氛等參數的實時監測、診斷與智能處理；研制相應的成形裝備，在工程中開展試用，建立相關裝備的工藝數據庫和標準規范。

考核指標：（1）高穩定性粉末床激光選區熔化增材制造工藝與裝備的指標：支持鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金等4類金屬材料復雜構件的高精度成形；單激光器成形效率≥45cm3/h（以鈦合金為參考）；成形尺寸范圍≥250mm×250mm ×350mm；成形幾何精度≤±50μm，表面粗糙度≤Ra6（以成形標準試塊為參考）；裝備的無故障運行時間≥2000h。（2）大尺寸粉末床激光選區熔化增材制造工藝與裝備：支持鈦合金、高強合金鋼、高強鋁合金、高溫合金等4類金屬復雜構件的高效率成形；制造效率達到≥120cm3/h（以鈦合金為參考）；成形尺寸范圍≥500mm×500mm ×500mm；成形幾何精度≤±100μm，表面粗糙度≤Ra12（以成形標準試塊為參考）；裝備的無故障運行時間≥500h。

實施年限：5年

擬支持項目數：2項

有關說明：企業牽頭，優先支持緊密圍繞國家重大工程應用需求的產學研合作研究；高穩定性粉末床激光選區熔化增材制造工藝與裝備、大尺寸粉末床激光選區熔化增材制造工藝與裝備可以單獨申報。

1.5高效高精非金屬增材制造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）

研究內容：面成形光固化增材制造技術；高性能樹脂及其復合材料的高精度和大型構件增材制造技術；大尺寸鑄造砂型高效3D打印技術；研制相應的工藝裝備，建立相應工藝裝備的適應材料、設備可靠性、環保安全等標準規范。

考核指標：（1）面成形光固化增材制造裝備的成形效率≥2×106 mm3/h, 成形精度≤±0.02mm；（2）高性能樹脂及其復合材料大型構件增材制造裝備，最大成形方向尺寸≥2m，成形精度≤±0.1mm，制件強度性能≥100MPa；（3）大尺寸鑄造砂型高效增材制造裝備最大方向打印尺寸≥2m，層厚0.2mm~0.8mm可調，成形效率≥250L/h，砂芯抗壓強度≥6MPa，抗拉強度≥1.4MPa。

實施年限：5年

擬支持項目數：3項

有關說明：企業牽頭。面成形光固化增材制造工藝與裝備、高性能樹脂及其復合材料大型構件增材制造工藝與裝備、大尺寸鑄造砂型高效增材制造工藝與裝備可以單獨申報。

1.6個性化植入假體增材制造關鍵技術（重大共性關鍵技術類）

研究內容：針對植入假體和精準診療輔助裝置個性化制造的需求，研發符合臨床診療需要的個性化假體的快速建模、分析軟件和增材制造工藝軟件；研制支持良好生物相容性材料的增材制造裝備；開展醫學臨床應用研究，建立增材制造個性化假體的質量標準規范。

考核指標：工藝裝備支持3種以上個性化假體的成形；個性化假體的設計制造時間不超過72h；不少于50例的臨床試用或應用。

實施年限：5年

擬支持項目數：5項

有關說明：臨床應用單位牽頭、產學研聯合申報，強化各主體的優勢作用。

1.7基于互聯網的3D打印制造創新應用（應用示范）

研究內容：針對創新創意設計和產品快速原型設計的需求，研究基于Web的三維輕量化建模技術，開發大眾參與的3D打印創新創意設計軟件，開發支持產品個性定制化設計、設計師協同創意設計以及3D打印的云服務應用平臺；針對教育、文化創意、消費品等領域的需求，開發低成本、網絡化、智能化多材質彩色3D打印設備，并實現產業化應用。

考核指標：（1）面向3D打印的云服務平臺指標：支持在線個性化定制、創新創意設計、訂單交易等功能，提供20種以上相關云服務，支持1萬人以上同時在線，實現初期注冊用戶10萬人以上用戶規模，形成不少于500個應用案例。（2）普及型智能彩色3D打印機研制及其產業化指標：自主研制低成本、多用途、網絡化、智能彩色3D打印設備，實現市場銷售2000臺以上。

實施年限：5年

擬支持項目數：面向3D打印的云服務平臺3項、普及型智能彩色3D打印機研制及其產業化5項。

經費配套：其他經費與中央財政經費比例不低于2：1

有關說明：面向3D打印的云服務平臺和普及型智能彩色3D打印機研制及其產業化可以單獨申報；企業牽頭申報。

2．激光制造

2.1 大功率激光焊接機理研究（基礎前沿類）

研究內容：面向國家重大需求，研究激光焊接能量耦合機理，探索羽輝形成機制及其對光束傳輸與吸收的影響規律，揭示厚壁構件超窄間隙大功率激光焊接的焊縫熔池熔體非平衡凝固過程及接頭組織特征與形成規律；研究激光焊接冶金特性，發展超厚超窄間隙激光焊接優質焊縫凝固組織控制新方法及焊縫組織性能同步調控新技術。

考核指標：突破厚度≥100mm厚板超窄間隙焊接；高強鋼、鋁合金等典型材料焊態接頭強度系數≥90%；完成2項以上工業應用。

實施年限：5年

擬支持項目數：1-2項

有關說明：優先支持結合國家重大工程需求，開展產學研合作研究。

2.2 高性能激光晶體制造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）

研究內容：面向制造用先進激光器的重大需求，研究激光晶體/光學晶體與激光器性能參數的關聯性，掌握以過氧化物為代表的高熔點激光晶體生長工藝、制備技術及制造裝備集成技術；研究晶體加工表面損傷機理、表面完整性加工新工藝、控制技術以及加工技術；發展激光晶體/光學晶體高效低損傷超精密磨削、拋光等裝備集成技術。

考核指標：研發高熔點過氧化物激光晶體制備工藝與裝備，支持最高可生長晶體熔點不低于2400°，可生長激光晶體尺寸大于30mm×30mm；研發激光晶體/光學晶體加工工藝與裝備，加工粗糙度Ra≤1nm、面型精度pv≤λ/6。

實施年限：5年

擬支持項目數：1-2項

2.3制造用工業化皮秒/飛秒激光器技術（重大共性關鍵技術類）

研究內容：針對精細增材制造與激光制造需求，研究高重復頻率皮秒/飛秒激光的產生、放大、傳輸、操控等技術，探索激光時間、空間分布變換等關鍵物理機制和過程；研發關鍵功能器件，開展激光振蕩輸出、功率提升、光束質量控制、頻率變換等關鍵技術研究，提出功率和穩定性提升的方案；發展工業化皮秒/飛秒激光器系統集成和模塊化組裝技術。

考核指標：開發出高可靠性120W皮秒激光器與40W飛秒激光器，單脈沖能量大于50μJ；解決80W皮秒激光器與30W飛秒激光器產品化問題；項目驗收時實現制造用的皮秒激光器200套/飛秒激光器100套以上的銷售量。

實施年限：5年

擬支持項目數：1-2項

有關說明：企業牽頭申報。

2.4復雜構件表面的激光精細制造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）

研究內容：面向國家重大需求，突破激光光束路徑規劃及高速掃描、激光制造裝備在線監測與補償、光學檢測輔助柔性夾持定位等關鍵技術；研制激光光束空間高速傳輸定位、光束空間指向/功率實時校正等機構；研究面向航天典型零件表面圖案激光精密加工、航空復雜構件的激光修理及環型薄壁化銑件激光刻型等技術與工藝；研究成套多軸光、機制造裝備系統集成。

考核指標：研制復雜圖案精密加工、構件修理、環型薄壁化銑件刻型等不少于3類高端激光制造工藝與裝備。圖案制造尺寸誤差小于0.02mm（以1m2全復雜圖案考核）；零件特征結構修理尺寸誤差小于0.005mm；第2次重復刻型精度誤差小于0.06mm（以直徑1m以上環型薄壁件考核）；在工程中得到實際應用。

實施年限：5年

擬支持項目數：1-2項

有關說明：優先支持緊密圍繞航空航天等國家重大工程需求的產學研用合作研發。

2.5激光強化技術重大工業示范應用（應用示范類）

研究內容：面向航空航天、交通等關鍵部件長壽命及其它高性能需求，研究激光光路控制、加工過程的多自由度運動規劃、關鍵零件激光掃描基準面的三維坐標定位、激光掃描跟蹤、質量在線檢測等關鍵技術；研究零件強化過程工藝參數優化的控制方法，進行高可靠性激光強化裝備集成研發，建立激光強化工藝數據庫，形成工藝規范和標準。

考核指標：針對至少2個應用領域，研發不少于2類激光強化處理的成套工藝與裝備，典型構件硬度提升20%以上、疲勞強度提高15-30%及以上、強化結構件壓應力層深度最大1.5mm、葉片表面最大殘余壓應力800MPa,提高壽命80%以上；軌道激光強化處理最大速度不低于50m/h，激光強化后提高鐵軌道耐磨壽命10 倍以上。在典型企業示范應用。

實施年限：5年

擬支持項目數：2項

經費配套：其他經費與中央財政經費比例不低于2：1

有關說明：企業牽頭申報；優先支持與航空航天、交通等領域國家重大需求緊密結合的產學研團隊；企業牽頭申報。

申報要求

1. 申報說明

各申報單位統一按指南二級標題（如1.1）的研究方向進行申報，申報內容必須涵蓋該二級標題下指南所列的全部考核指標（在具體方向指南中有關說明明確可以按細分方向申報的除外）。鼓勵各申報單位自籌資金配套。

2. 申報咨詢

聯系人： 陳智立，區和堅

電  話：010-88374398，010-68338038

電子郵件：[email protected]，[email protected]