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�。�”“石墨烯”等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打印）+“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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2019-10-24 12:23 上傳

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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 性長效循環(huán)過濾系統(tǒng)，滿足長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)需求;開發(fā)熔池在線監(jiān) 測技術(shù)，解決內(nèi)部冶金缺陷的在線監(jiān)測問題，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)定性長效循環(huán)過濾系統(tǒng)，滿足長時(shí)間連續(xù)生產(chǎn)需求;開發(fā)熔池在線監(jiān)測技術(shù)，解決 內(nèi)部冶金缺陷的在線監(jiān)測問題。完成激光/電子束選區(qū)熔化裝備的開 發(fā)和測試，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 性能金屬復(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. 檢測技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
(1)環(huán)節(jié)描述及任務(wù)。針對航天、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)件的無損檢測技術(shù)攻關(guān);根據(jù)國內(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、不同零部件的檢測要求，完成相關(guān)增材制造材料、 工藝及檢測規(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)。 針對航天中地月/火星探測器支撐類、 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)。針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，在開發(fā)、零部件 修復(fù)和測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)。針對燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域，在開發(fā)、零部件修 復(fù)和測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)。針對軌道交通領(lǐng)域，在開發(fā)、零部件修 復(fù)和測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 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)到對應(yīng) 鍛鑄件水平。形成制造工藝規(guī)范≥3份。
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三、咨詢電話
西安增材制造國家研究院有限公司
中國企業(yè)聯(lián)合會(huì)
中國兵器工業(yè)新技術(shù)推廣研究所
王 磊 029-83395066 楊秀麗 010-68702166 李 熙 010-68962125