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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)。
具体内容如下:
1.增材制造
1.1 基于增材制造的智能仿生结构设计技术(基础前沿类)
研究内容:探索形状记忆材料增材制造新原理和新工艺,形成与制造工艺匹配的改性技术和专用材料;研究形状记忆材料增材制造结构的智能变形行为,揭示从成形材料组织、性能、功能到制品行为的映射规律;发展基于形状记忆材料增材制造的智能仿生结构设计技术,在满足系统轻量化、功能融合等要求下,实现包括精确智能变形在内的功能和效能提升;以生物医疗、航空航天、汽车等领域的复杂结构及传感器或作动器等为目标开展功能应用验证。
考核指标:形状记忆材料在增材制造工艺中功能参数损失不超过5%,非金属成形结构可调变形量不小于40%,金属结构可调变形量不小于8%;系统体积降低50%以上,智能形变效能提升15%以上。
1.2 大功率高精度数字式扫描电子枪系统(重大共性关键技术类)
研究内容:面向金属粉末床增材制造工艺需求,提升电子枪的使用寿命,研发电子加速与束流强度的精确控制技术,提高电源的可靠性和加速电压的稳定性;研究适于选区熔化的电子光学设计及高精度数字式扫描系统,提高束斑质量和扫描精度;研发阵列式电子枪系统,扩大电子束精确扫描的范围;研发电子枪运行状态的监控和自诊断、自恢复技术,提高其运行的可靠性。
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400mm?400mm,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、检测与综合评价技术。
考核指标:增材制造旋转件综合力学性能(包括疲劳、断裂韧性和高温蠕变性能)满足相关产品设计要求,中低温旋转件性能与锻件性能相当,高温转动件性能不低于铸件;粉末床预热温度达到600℃以上的激光选区熔化增材制造装备;建立相关的结构设计、增材制造工艺、检测与评价体系及标准与规范。
1.5 微纳结构增材制造工艺与装备(重大共性关键技术类)
研究内容:研究复杂三维微纳结构增材制造新原理和新工艺,研发与微纳结构增材制造工艺匹配的成形材料体系,实现功能化的微纳结构与宏观结构同步制造,开发微纳增材制造装备样机;以微机电系统、传感器、微纳光学,精密医疗器件等为应用对象,开展器件制造应用实验,形成具有重大应用前景的新型功能器件原型,实现具有微纳特征的三维结构与功能一体化制造。
考核指标:层厚精度优于2μm,表面粗糙度Ra优于300nm;制造范围不小于100×100×50mm;实验应用器件不少于5类;形成材料、工艺、装备等规范或标准。
1.6 可降解个性化植入物的增材制造技术与装备(重大共性关键技术类)
研究内容:可降解生物材料的增材制造设备、工艺与植入物个性化设计软件;与增材制造工艺匹配的可降解材料;个性化可降解医学植入物设计原理、增材制造和临床试验应用研究。
考核指标:设备加工尺寸不小于300?300?300mm,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300?300?200mm,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;制件拉伸力学性能不低于90MPa,产品通过安全性评价,符合外科植入物国家/行业标准,完成动物实验;临床试验40例以上。

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