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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)。
具體內容如下:
1.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。

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