工信部：高性能難熔難加工合金大型復(fù)雜構(gòu)件增材制造+“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃申報(bào)

南極熊導(dǎo)讀：2019年9月20日,，工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了關(guān)于組織開展2019年度工業(yè)強(qiáng)基工程重點(diǎn)產(chǎn)品,、工藝“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃工作的通知,，在2019年，選擇“傳感器”“控制系統(tǒng)”“超低損耗通信光纖預(yù)制棒及光纖”“航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)耐高溫葉片”“高性能難熔難加工合金大型復(fù)雜構(gòu)件增材制造（3D打�,。薄笆钡�6條龍開展相關(guān)工作,。

南極熊看到，在高性能難熔難加工合金大型復(fù)雜構(gòu)件增材制造（3D打�,。�+“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃中,，瞄準(zhǔn)航天、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶,、軌道交通與核電領(lǐng)域等重大裝備開發(fā)和生產(chǎn)用戶,，以產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需能力為基礎(chǔ)，應(yīng)用為導(dǎo)向,，針對(duì)鋁合金,、鈦合金、高溫難熔難加工合金等高性能合金大型復(fù)雜構(gòu)件高效增材制造(3D打印)工藝,、系列化工程化成套裝備,、質(zhì)量和性能控制及工程化應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)材料、工藝和裝備,，推動(dòng)相關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)和技術(shù)突破,，形成上下游產(chǎn)業(yè)對(duì)接的應(yīng)用示范鏈條，推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展,。

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高性能難熔難加工合金大型復(fù)雜構(gòu)件增材制造(3D 打印)“一條龍”應(yīng)用計(jì)劃申報(bào)指南

一,、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成
瞄準(zhǔn)航天、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶,、軌道交通與核電領(lǐng)域等重大裝備開發(fā)和生產(chǎn)用戶,，以產(chǎn)業(yè)鏈上下游供需能力為基礎(chǔ)，應(yīng)用為導(dǎo)向,，針對(duì)鋁合金,、鈦合金,、高溫難熔難加工合金等高性能合金大型復(fù)雜構(gòu)件高效增材制造(3D打印)工藝、系列化工程化成套裝備,、質(zhì)量和性能控制及工程化應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)材料,、工藝和裝備，推動(dòng)相關(guān)重點(diǎn)項(xiàng)目建設(shè)和技術(shù)突破,，形成上下游產(chǎn)業(yè)對(duì)接的應(yīng)用示范鏈條,，推動(dòng)增材制造產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展。

關(guān)鍵產(chǎn)業(yè)鏈條環(huán)節(jié)

二,、目標(biāo)和任務(wù)
(一)上游原材料

1. 高性能合金粉末材料
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)載能束粉末床或送粉式增材制造原材料的迫切需求，突破鋁合金,、鈦合金,、高溫合金以及鎢/鉬/鉭/鈮合金等高性能難加工合金粉末的制備技術(shù)，形成穩(wěn)定的制備工藝,，實(shí)現(xiàn)球形度好,、粒徑分布窄且流動(dòng)性與加工性良好的典型鐵基、鋁基,、鈦基,、鎳基粉末的批量制備和加工，滿足增材制造技術(shù)對(duì)高品質(zhì)粉末原材料制備技術(shù)的要求,。

(2)具體目標(biāo),。粉末氧氮含量:鐵基:O≤200 ppm、N≤150 ppm,，鋁基:O≤800 ppm,、N≤250 ppm，鎳基:O≤150 ppm,、N≤100 ppm,，鈦基:O≤1000 ppm、N≤100 ppm;粉末粒度分布呈正態(tài)分布,，激光選區(qū)熔化SLM工藝粉末粒徑分布15~53μm(細(xì)粉),，激光熔融沉積 LENS和電子束選區(qū)熔化EBM粉末粒徑53~105μm(粗粉)，粉末具有良好的流動(dòng)性(鐵基:≤22s/50g,，鋁基:N/a,，鈦基:≤35s/50g，鎳基:≤22s/50g),，粉末球形度≥90%,，無衛(wèi)星球。

2. 高性能合金絲材
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對(duì)增材制造專用高性能合金絲材的高質(zhì)量制備技術(shù)和裝備的需求,，掌握合金熔煉和拉拔工藝對(duì)絲材質(zhì)量的影響規(guī)律,，突破元素?zé)龘p行為及均質(zhì)化調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋁合金,、鈦合金,、高溫合金以及鎢/鉬/鉭/鈮合金等高性能難熔難加工合金絲材的批量制備和加工,，滿足熔絲增材制造對(duì)絲材表面質(zhì)量,、內(nèi)部缺陷和成分的要求。

(2)具體目標(biāo),。絲材直徑0.8~3.0mm,，尺寸偏差+0.01/-0.04，表面光滑,，無毛刺,、凹陷、劃痕,、裂紋等缺陷,。最高力學(xué)性能:鋁基σb≥300MPa，δ≥6%;鐵基σb≥800MPa,，δ≥10%;鈦基σb≥930MPa,， δ≥8%;鎳基σb≥1200MPa，δ≥15%,。

(二)制造裝備
1. 激光/電弧/等離子熔絲系類大型增減材一體化裝備
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃氣輪機(jī)、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域高性能難加工合金大型復(fù)雜零部件的制造需求,，開發(fā)激光/電弧/等離子熔絲系類大型增減材一體化裝備技術(shù)攻關(guān)和成套裝備，解決大型零件成形精度,、內(nèi)部缺陷,、應(yīng)力組織在線調(diào)控等技術(shù)難題，為實(shí)現(xiàn)高性能鋁合金,、鈦合金,、高溫難加工合金等大型復(fù)雜構(gòu)件的制造提供成套裝備。

(2)具體目標(biāo),。激光/電弧/等離子熔絲系類大型增減材一體化成套裝備,，需具有大型典型復(fù)雜零件的高效高精度成形能力，單向成形尺寸不低于1.5m，尺寸精度不低于±3mm/m;構(gòu)件力學(xué)性能超過傳統(tǒng)鑄件,，接近鍛件水平;相比較傳統(tǒng)工藝,，制造周期縮短30%以上，原材料消耗降低30%以上,。

2. 激光送粉增減材一體化裝備
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī),、軌道交通等領(lǐng)域復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)及較大尺寸復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的制造或快速修復(fù)需求，開展五軸聯(lián)動(dòng)送粉式增減材一體化成套裝備技術(shù)攻關(guān),，集成氣氛保護(hù)和冷卻氣體循環(huán)系統(tǒng),、增減材復(fù)合制造專用數(shù)控系統(tǒng)、激光成形熔覆頭等,，完成五軸聯(lián)動(dòng)增減材復(fù)合制造設(shè)備開發(fā)和測(cè)試,，提高制件成型精度和效率，為實(shí)現(xiàn)高性能鈦合金,、高溫難加工合金等高性能難加工大型復(fù)雜構(gòu)件的制造提供成套裝備,。

(2)具體目標(biāo)。送粉式五軸增減材一體化裝備技術(shù)攻關(guān)具體技術(shù)指標(biāo)包括:成形尺寸不小于800×800×500mm,，工作環(huán)境水氧含量不大于10ppm, 最高成形效率可達(dá)200cm3/h ,，重復(fù)定位精度: ±0.005mm，加工精度優(yōu)于20μm/100mm,，零件表面粗糙度優(yōu)于 Ra1.6μm,。

3. 電子束熔絲大型增材制造裝備
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對(duì)航天,、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃氣輪機(jī),、核電等領(lǐng)域高性能難加工合金大型復(fù)雜零部件的制造需求,，開展電子束熔絲大型增材制造成套裝備技術(shù)攻關(guān)，集成開發(fā)高穩(wěn)定性長(zhǎng)效循環(huán)過濾系統(tǒng),，滿足長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)需求;開發(fā)熔池在線監(jiān) 測(cè)技術(shù),，解決內(nèi)部冶金缺陷的在線監(jiān)測(cè)問題，為實(shí)現(xiàn)高性能鋁合金,、鈦合金,、高溫難加工合金等大型復(fù)雜構(gòu)件的制造提供成套裝備。

(2)具體目標(biāo),。電子束熔絲大型增材制造裝備具體技術(shù)指標(biāo)包括:最大成形尺寸不小于1.2m,，尺寸精度不低于±3mm/m,，構(gòu)件力學(xué) 性能超過傳統(tǒng)鑄件，接近鍛件水平,。

4. 激光/電子束選區(qū)激光熔化增材制造裝備
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī),、軌道交通、核電等領(lǐng)域高性能難加工合金大型精密復(fù)雜零部件的制造需求,，開展開展激光/電子束選區(qū)熔化裝備技術(shù)攻關(guān),，開發(fā)陣列式多能束協(xié)同加工技術(shù)，提高制件成形效率;開發(fā)高穩(wěn)定性長(zhǎng)效循環(huán)過濾系統(tǒng),，滿足長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)需求;開發(fā)熔池在線監(jiān)測(cè)技術(shù),，解決內(nèi)部冶金缺陷的在線監(jiān)測(cè)問題。完成激光/電子束選區(qū)熔化裝備的開發(fā)和測(cè)試,，提高制件成型精度和效率，為實(shí)現(xiàn)高性能鋁合金,、鈦合金,、高溫難加工合金等大型精密復(fù)雜構(gòu)件的制造提供成套裝備。

(2)具體目標(biāo),。裝備的激光/電子束陣列數(shù)量不低于2個(gè),，最大成形尺寸不小于600mm，尺寸精度不低于±0.2mm/m,，表面粗糙度不高于Ra12.5μm;構(gòu)件力學(xué)性能超過傳統(tǒng)鑄件,。

(三)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)范,、檢測(cè)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
1. 高性能大型結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃氣輪機(jī)、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域,，開展大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)一體化、輕量化及多功能集成優(yōu)化設(shè)計(jì),，建立基于結(jié)構(gòu)承載強(qiáng)度,、慣性和剛度的輕量化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在保證材料本體性能不變的前提下,，降低重量,、減小零部件數(shù)量,，并一定程度上提升結(jié)構(gòu)性能。

(2)具體目標(biāo),。在航天,、大型飛機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī),、船舶、軌道交通與核電等領(lǐng)域選取典型案例,，開展大型復(fù)雜構(gòu)件優(yōu) 化設(shè)計(jì)或拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),，整體體積和重量減少20%以上，并獲得打印驗(yàn)證和測(cè)試,。

2. 增材制造工藝,、后處理工藝及規(guī)范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對(duì)航天,、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃氣輪機(jī),、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域高性能難加工合金大型精密復(fù)雜零部件的制造需求，開展鋁合金,、鈦合金,、高溫難加工合金等大型復(fù)雜構(gòu)件增材制造關(guān)鍵工藝、后處理技術(shù)攻關(guān),，形成相關(guān)工藝規(guī)范和制造工藝的一攬子解決方案,。

(2)具體目標(biāo)。在航天,、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī),、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域選取典型案例，依托行業(yè)或企業(yè)中試研發(fā)能力平臺(tái)為主導(dǎo),，組織產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合,，整合軟硬件資源，建設(shè)高性能金屬?gòu)?fù)雜構(gòu)件增材制造工藝與技術(shù)服務(wù)平臺(tái),，推動(dòng)增材制造工藝和后處理工藝開發(fā)和驗(yàn)證,，分別形成相關(guān)工藝規(guī)范。

3. 檢測(cè)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天,、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃氣輪機(jī),、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域高性能難加工合金大型精密復(fù)雜零部件的質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)的需求，開展高性能鋁合金,、鈦合金,、高溫難加工合金等大型復(fù)雜構(gòu)件的無損檢測(cè)技術(shù)攻關(guān);根據(jù)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)材料生產(chǎn)指標(biāo)參數(shù)以及關(guān)鍵制造工藝、缺陷類別,、檢測(cè)技術(shù)成果,，參與和推動(dòng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定,。

(2)具體目標(biāo),。在航天、大型飛機(jī),、航空發(fā)動(dòng)機(jī),、燃?xì)廨啓C(jī)、船舶,、軌道交通與核電等領(lǐng)域選取典型案例,，根據(jù)不同生產(chǎn)階段、不同制造工藝,、不同零部件的檢測(cè)要求，完成相關(guān)增材制造材料,、工藝及檢測(cè)規(guī)范和推薦標(biāo)準(zhǔn)的制定,，不少于3項(xiàng)，具備行業(yè)推廣條件,。

(四)應(yīng)用示范
1. 航天領(lǐng)域應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)航天中地月/火星探測(cè)器支撐類、大容量通信衛(wèi)星連接支架類,、功能類以及運(yùn)載火箭支撐類典型構(gòu)件的輕量化,、一體化設(shè)計(jì)，在保證材料本體性能不變的前提下,，通過增材制造,，一定程度上提升結(jié)構(gòu)性能、降低重量,、縮短制造周期的成本,，并開展增材制件的示范應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。培養(yǎng)一批高水平人才隊(duì)伍,。

(2)具體目標(biāo),。完成衛(wèi)星支架,、火箭鏈接環(huán)艙段類結(jié)構(gòu)的拓撲優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造，整體體積和重量減少15%以上,，形成制造工藝規(guī)范≥3份,。

2. 大型飛機(jī)應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。開展民機(jī)鈦合金結(jié)構(gòu)件低成本高效率等離子電弧增材制造工藝,、鈦合金結(jié)構(gòu)件高效率電子束熔絲增材工藝,、復(fù)雜大尺寸結(jié)構(gòu)件一體化高效電弧熔絲增減材復(fù)合制造、大尺寸鋁合金,、鈦合金結(jié)構(gòu)件高效低成本電弧增材制造技術(shù),、后處理技術(shù)與無損檢測(cè)技術(shù)攻關(guān)與示范應(yīng)用，發(fā)展低成本,、高效率,、批次性能穩(wěn) 定的大型結(jié)構(gòu)件制造工藝，形成上述增材制造制件質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)和評(píng)價(jià)方法,，為后續(xù)承力結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用奠定基礎(chǔ),。培養(yǎng)一批高水平人才隊(duì)伍。

(2)具體目標(biāo),。相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝,，制造效率提升50%，成本降低50%,，綜合性能達(dá)到或超越鑄件水平,，與鍛件相當(dāng)，完成2種大尺寸零件的初步應(yīng)用驗(yàn)證,，形成制造工藝規(guī)范≥3份,。

3. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域,，在開發(fā),、零部件修復(fù)和測(cè)試過程中開展增材制造技術(shù)應(yīng)用示范，形成高性能金屬增材制造材料,、工藝,、裝備及質(zhì)量檢測(cè)的整套成果應(yīng)用示范體系，培養(yǎng)一批高水平人才隊(duì)伍,，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地,。

(2)具體目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)第五代航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型功能部件的增材制造,，完成發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣,、高溫合金燃油噴嘴、鈦合金軸承座等結(jié)構(gòu)件 ≥5件的相關(guān)試制,，相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝,，減重20%以上,，制造效率提升50%，成本降低50%,，典型構(gòu)件綜合力學(xué)性能(室溫拉伸,、沖擊，疲勞,，高溫拉伸,，高溫蠕變等)超過對(duì)應(yīng)鑄件水平，接近鍛件水平,。形成制造工藝規(guī)范≥3份,。

4. 燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域,，在開發(fā),、零部件修復(fù)和測(cè)試過程中開展增材制造技術(shù)應(yīng)用示范，形成高性能金屬增材制造材料,、工藝,、裝備及質(zhì)量檢測(cè)的整套成果應(yīng)用示范體系，培養(yǎng) 一批高水平人才隊(duì)伍,，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地,。

(2)具體目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)新一代重型燃?xì)廨啓C(jī)典型功能部件的增材制造,，完成燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室,、高溫合金燃油噴嘴、軸承座等結(jié)構(gòu)件 ≥5件的相關(guān)試制,，相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝,，減重20%以上，制造效率提升50%,，成本降低50%，典型構(gòu)件綜合力學(xué)性能(室溫拉伸,、沖擊,，疲勞，高溫拉伸,，高溫蠕變等)超過對(duì)應(yīng)鑄件水平,，接近鍛件水平。形成制造工藝規(guī)范≥3份,。

5. 船舶領(lǐng)域應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)船舶領(lǐng)域，基于增材制造技術(shù),，開展高性能金屬材料制備,、大型件船舶構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計(jì),、激光/電弧/等離子/電子束等高能束熔絲增材制造工藝、激光/電子束選區(qū)燒結(jié)工藝,、激光送粉增減材復(fù)合制造工藝,、零部件增材修復(fù)工藝、以及裝備及質(zhì)量檢測(cè)的整套成果應(yīng)用示范,，培養(yǎng)一批高水平人才隊(duì)伍,，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地。

(2)具體目標(biāo),。實(shí)現(xiàn)船用空間曲面部件,、螺旋銷、軸瓦,、箱式熱交換器,、螺旋槳等≥5件的典型功能部件的增材制造，形成制造工藝規(guī)范≥3份,，相關(guān)成果在船舶開發(fā),、驗(yàn)證、制造和維修等環(huán)節(jié)進(jìn)行示范應(yīng)用,。

6. 軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)軌道交通領(lǐng)域，在開發(fā),、零部件修復(fù)和測(cè)試過程中開展增材制造技術(shù)應(yīng)用示范,，形成高性能金屬增材制造材料、工藝,、裝備及質(zhì)量檢測(cè)的整套成果應(yīng)用示范體系,，培養(yǎng) 一批高水平人才隊(duì)伍，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地,。

(2)具體目標(biāo),。實(shí)現(xiàn)軌道交通領(lǐng)域≥5件典型功能部件的增材制造，加速在研發(fā)過程中的試制,、試驗(yàn)驗(yàn)證工作;相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝,，減重20%以上，制造效率提升50%,，成本降低50%,，典型構(gòu)件綜合力學(xué)性能(室溫拉伸、沖擊,，疲勞,，高溫拉伸，高溫蠕變等)超過對(duì) 應(yīng)鑄件水平，接近鍛件水平,。實(shí)現(xiàn)增材修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到鐵路配件修復(fù)中,，尤其是柴油機(jī)機(jī)體、曲軸,、凸輪軸等高價(jià)值品的修復(fù)工作,。形成制造工藝規(guī)范≥3份。

7. 核電領(lǐng)域應(yīng)用示范
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù),。針對(duì)核電領(lǐng)域蒸汽發(fā)生器,、穩(wěn)壓器、換熱器等高精度復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,，以及壓力容器等大型復(fù)雜零部件,，在開發(fā)測(cè)試過程中開展增材制造技術(shù)應(yīng)用示范，形成高性能金屬增材制造材料,、工藝,、裝備及質(zhì)量檢測(cè)的整套成果應(yīng)用示范體系，培養(yǎng) 一批高水平人才隊(duì)伍,，建立相關(guān)產(chǎn)業(yè)基地,。

(2)具體目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)核電領(lǐng)域≥3件典型功能部件的增材制造,，加速在研發(fā)過程中的試制,、試驗(yàn)驗(yàn)證工作;相對(duì)傳統(tǒng)制造工藝，減重20%以上,，制造效率提升50%,，成本降低50%，典型構(gòu)件綜合力學(xué) 性能(室溫拉伸,、沖擊,，疲勞，高溫拉伸,，高溫蠕變等)達(dá)到對(duì)應(yīng) 鍛鑄件水平,。形成制造工藝規(guī)范≥3份。
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