本重點專項總體目標是：突破增材製造與激光製造的基礎理論，取得原創性技術成果，超前部署研發下一代技術；攻克增材製造的核心元器件和關鍵工藝技術，研製相關重點工藝裝備；突破激光製造中的關鍵技術，研發高可靠長壽命激光器核心功能部件、國產先進激光器，研製高端激光製造工藝裝備；並實現產業化應用示範；到2020年，基本形成我國增材製造與激光製造的技術創新體係與產業體係互動發展的良好局麵，促進傳統製造業轉型升級，支撐我國高端製造業發展。
本重點專項按照“圍繞產業鏈，部署創新鏈”的要求，從增材製造與激光製造的基礎理論與前沿技術、關鍵工藝與裝備、創新應用與示範三個層次，圍繞增材製造與激光製造兩個方向，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．增材製造
1.1基於增材製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製造新原理和新工藝，形成與製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製造結構的智能變形行為，揭示從成形材料組織、性能、功能到製品行為的映射規律；發展基於形狀記憶材料增材製造的智能仿生結構設計技術，在滿足係統輕量化、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、汽車等領域的複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製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於40%，金屬結構可調變形量不小於8%；係統體積降低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係統（重大共性關鍵技術類）
研究內容：麵向金屬粉末床增材製造工藝需求，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製技術，提高電源的可靠性和加速電壓的穩定性；研究適於選區熔化的電子光學設計及高精度數字式掃描係統，提高束斑質量和掃描精度；研發陣列式電子槍係統，擴大電子束精確掃描的範圍；研發電子槍運行狀態的監控和自診斷、自恢複技術，提高其運行的可靠性。
考核指標：單電子槍功率不小於3kW，最小束斑直徑200μm；掃描範圍不小於400mm400mm，精度優於100μm；電子槍係統無故障工作時間大於200小時；在電子束增材製造裝備中得到應用驗證。
1.3麵向增材製造的模型處理以及工藝規劃軟件係統（重大共性關鍵技術類）
研究內容：適用於各種增材製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；增材製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，可自動生成不少於5種工藝支撐和不少於5種點陣結構；GB級數字模型切片時間不大於30分鍾；適用於3種以上主流增材製造工藝的高效路徑規劃算法，能夠自動識別增材製造模型工藝特征不少於5種，GB級數字模型自動工藝路徑規劃時間不大於1小時；開發不少於三種以上主流增材製造工藝（包括金屬和非金屬）的仿真優化工具軟件。
1.4高負載旋轉件增材製造技術與裝備（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）旋轉件的增材製造需求，研究：基於增材製造的旋轉件結構優化設計方法；旋轉件增材製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製造裝備；增材製造旋轉件後續熱處理、精整加工、檢測與綜合評價技術。
考核指標：增材製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於鑄件；粉末床預熱溫度達到600℃以上的激光選區熔化增材製造裝備；建立相關的結構設計、增材製造工藝、檢測與評價體係及標準與規範。
1.5微納結構增材製造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：研究複雜三維微納結構增材製造新原理和新工藝，研發與微納結構增材製造工藝匹配的成形材料體係，實現功能化的微納結構與宏觀結構同步製造，開發微納增材製造裝備樣機；以微機電係統、傳感器、微納光學，精密醫療器件等為應用對象，開展器件製造應用實驗，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製造。
考核指標：層厚精度優於2μm，表麵粗糙度Ra優於300nm；製造範圍不小於100×100×50mm；實驗應用器件不少於5類；形成材料、工藝、裝備等規範或標準。
1.6可降解個性化植入物的增材製造技術與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：可降解生物材料的增材製造設備、工藝與植入物個性化設計軟件；與增材製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、增材製造和臨床試驗應用研究。
考核指標：設備加工尺寸不小於300300300mm，製作精度不低於0.05mm；滿足製造工藝的可降解材料5種以上，製作過程滿足植入物安全規範，產品通過安全性評價，符合外科植入物國家/行業標準；植入物降解後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：多細胞體係的3D打印設備和細胞存活維持係統；細胞與基質材料一體化的生物打印墨水體係；以複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：設備加工尺寸不小於300300200mm，保證85%以上細胞存活不小於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範，滿足國家生物醫學安全相關規範或標準。
1.8高性能聚合物材料醫療植入物增材製造技術（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製造技術；適用醫療植入要求的聚合物材料增材製造材料體係；增材製造聚合物醫療植入物臨床試驗應用。
考核指標：製作精度優於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；製件拉伸力學性能不低於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。
1.9移動式增材修複與再製造技術與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：針對交通、動力、能源、石化等大型高價值裝備的快速現場維修需求，研究：現場增材修複與再製造工藝與裝備；針對現場增材修複與再製造的快速三維測量、數模分析、成形策略、數模分層及路徑規劃軟件；零件現場可修複性與再製造性的定性和定量評價方法；適用於現場增材製造維修的集約化材料設計；現場熱處理及後續加工策略；修複件無損檢測與服役壽命預測，以及性能評價和考核。
考核指標：移動式增材修複與再製造裝備功率不大於20kW，沉積效率不小於150cm3/h（以鈦合金為參考），可修複零件尺寸不小於3m；工藝裝備滿足陸運、海運、空運等運輸條件和現場作業的環境要求，運輸到工作地點後工作準備時間小於0.5h；集約化材料修複和再製造後綜合力學性能不低於原件性能的80%；建立現場增材修複與再製造的標準與規範，在國家重大工程中應用。
1.10 增材製造件後續電化學精整加工的整體製造策略與工藝技術（重大共性關鍵技術類）
研究內容：針對現有金屬增材製造技術難以同時兼顧高效率和高精度製造的瓶頸問題，研究兼備高效率和高精度的增材製造與電化學精整加工的整體最佳製造策略與工藝技術，建立增材製造金屬零件結構特征、材料組織、應力狀態與電化學精整加工的工藝匹配關係。
考核指標：最終製造件單方向尺寸不小於500mm，尺寸精度優於±0.05mm，表麵粗糙度優於Ra 1.6μm；同等加工精度條件下整體製造效率較采用銑削方法精整加工提高3倍以上（以鎳基高溫合金為參考）；具備成形加工空間曲麵、凸台、孔等複雜結構的能力；建立相關的標準與規範，實現鈦合金、高溫合金等典型產品在國家重大工程中應用。
1.11在傳統製造結構件上增材製造精細結構（重大共性關鍵技術類）
研究內容：針對現有金屬增材製造技術難以兼顧高效率和低成本製造的瓶頸問題，研究：在鍛件上增材製造局部精細結構；在機械加工件上增材製造局部精細結構；在鑄件上增材製造局部精細結構。
考核指標：可在包括鎳基高溫合金、鈦合金、鋁合金和鋼類合金的傳統製造結構件上增材製造精細結構；複合製造的整體結構件不低於原件的綜合力學性能；較傳統製造方法效率提升一倍，成本降低30%以上；建立相關的工藝數據庫和標準與規範。
1.12金屬增材製造的高頻超聲檢測技術與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：不同時、空調製下，超聲激勵方法在金屬增材製件中激發超聲的作用機理和規律；增材製造的材料組織、冶金缺陷、應力狀態與高頻超聲的相互作用規律、數據分析與特征提取方法；高抗幹擾性的在線及離線的非接觸式高頻超聲測量方法與裝備技術。
考核指標：研製出可對增材製造過程實時在線檢測及對增材製造完成後的結構件進行檢測的非接觸式高頻超聲檢測裝備和數據處理軟件，實現對鈦合金、合金鋼、鋁合金、高溫合金等材料增材製造件的在線及離線無損檢測；檢測盲區≤0.1mm，可檢測缺陷的分辨率優於0.1mm，掃描速度≥5mm/s，可檢測晶粒度≤50μm；建立金屬増材製造構件高頻超聲檢測的規範和標準。
1.13 基於Web環境的消費級3D打印在線處理服務技術應用示範（應用示範類）
研究內容：針對消費級3D打印應用的並發性高、價格敏感性高、個性化要求高以及用戶專業化程度低的特點，研究：基於Web的輕量化在線建模技術；超大規模三維數據並行處理技術；個人消費級的3D打印物體精準彩色上色技術。
考核指標：建模軟件可在ioses、安卓、Windows等用戶終端上運行，支持1000人並發；支持總量10億級麵片的超大規模三維模型的並行生成、切片；三維物體上色表麵誤差≤2mm；實現項目研發技術在創新創意產業的應用示範，軟件銷售2000套以上。
1.14高強鋁合金增材製造技術在大型客機製造中的應用示範（應用示範類）
研究內容：針對國產大型客機高強鋁合金結構件，研究：基於增材製造工藝的大型客機結構件優化設計方法；批量化增材製造的工藝穩定性和性能評價；基於增材製造工藝的專用高強鋁合金設計許用值；民機適航條款符合性驗證方法以及可靠性評價方法；基於增材製造的大型客機“材料-設計-工藝-檢測-評價”全流程技術體係。
考核指標：建立滿足適航審定要求的整套製造工藝、材料及評價體係文件；在保持同等剛度並滿足相關服役要求的基礎上相對傳統製造方案實現減重10%，製造周期縮短20%；使用增材製造技術批量生產典型鋁合金零件並裝機應用，零件的主要性能離散度小於5%；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.15增材製造支撐動力裝備設計、製造和維修全流程優化的應用示範（應用示範類）
研究內容：針對航空發動機和燃氣輪機等動力裝備，研究基於增材製造的創新設計、快速研發、高性能製造和快速維修全流程優化技術，並進行應用示範，包括：麵向係統級、性能優先的功能集成化設計；新產品研發的快速迭代技術；高性能、高效率和經濟可行的增材製造技術；高性能快速外場維修技術。
考核指標：建立動力裝備係統級架構到典型功能部件的基於增材製造的創新設計方法、標準規範、製造工藝數據庫及評價體係，形成輕重量、高性能、長壽命、高可靠、集約化、外場快速維修等先進的設計與製造技術特征；係統級架構組成結構件數量減少30%以上，減重30%以上，效能提升20%以上，研發周期縮短50%以上；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.16增材製造技術在船舶和機械製造領域的應用示範（應用示範類）
研究內容：針對船舶和機械製造領域的國家重點工程任務，或其它量大麵廣、經濟效益顯著的應用需求，進行高效率低成本增材製造技術的應用示範研究，綜合應用各種增材製造技術及其與傳統製造技術相結合的方法，研究：基於增材製造的結構優化設計；高效率、低成本的製造方法；後處理技術與分析檢測技術；增材製造零、部件的性能、效率與成本的綜合評價。
考核指標：相對於傳統製造技術，在性能相當或更優的同時，製造效率提升50%以上、成本降低50%以上；建立設計方法、製造工藝規範及評價標準的成套體係；在國家重點工程任務中或量大麵廣經濟效益顯著的應用領域實現不少於5例工程試用，包括大於4m以上大尺寸構件；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.17增材製造陶瓷鑄型在熔模精密鑄造中的應用示範（應用示範類）
研究內容：針對高端裝備領域高性能、精密複雜結構鑄件采用傳統熔模精密鑄造工藝存在的質量不穩定和生產周期長的問題，開展增材製造整體結構陶瓷鑄型（模殼與型芯一體化增材製造）的應用示範研究，包括：陶瓷鑄型結構設計；陶瓷材料優化設計；陶瓷鑄型的增材製造；增材製造陶瓷鑄型熔模精密鑄造全流程工藝技術；陶瓷型高溫性能、精度、製造效率與成本的綜合評價；在國家重大工程任務中開展應用示範。
考核指標：1500℃鑄型抗彎強度≥15MPa，成形相對精度優於0.2%；實現複雜結構高性能零件精密鑄造，鑄件不合格率相對於傳統技術降低50%；實現國家重大工程任務中5種以上關鍵鑄件的示範應用；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.18高性能聚合物零部件增材製造技術的應用示範（應用示範類）
研究內容：針對航空航天、汽車、船舶等領域高性能複雜結構聚合物零部件的製造需求，在優化設計、高性能聚合物材料、增材製造裝備、工藝、環境適用性和環保性、性能檢測與質量評價方法等方麵開展係統的增材製造示範應用，實現顯著縮短製造周期，降低製造成本的產業化應用目標。
考核指標：零部件製作精度和性能滿足工程應用要求，單件製造周期相對於傳統製造工藝縮短80%，材料節省50%，綜合成本降低20%；建立4-5種應用材料體係、製造工藝規範和質量評價標準；100種以上零部件進入工程應用；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.19砂型3D打印支撐的智能鑄造產業化應用示範（應用示範類）
研究內容：針對傳統鑄造業綠色化和智能化轉型的國家重大需求，進行砂型3D打印支撐的智能鑄造產業化應用示範研究，包括：作為智能鑄造車間核心單元的砂型3D打印生產線；砂型3D打印應用於智能鑄造的全流程工藝技術；3D打印砂型在工業規模智能化鑄造生產中的應用示範。
考核指標：打印效率≥350L/h，砂型合格率≥98%；大於50種及1000噸鑄件的智能鑄造應用示範，鑄件尺寸精度提升1~2級，產品交付周期縮短50%；支持高效高精度3D打印大型砂模和複雜砂芯的全流程工藝規範和標準；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.20 口腔修複體3D打印應用示範（應用示範類）
研究內容：麵向口腔修複開展3D打印技術應用示範，研究滿足口腔修複體力學性能和精度需要的材料以及3D打印工藝，建立從牙齒數字三維數據高精度測量、口腔修複體設計、3D高精度打印以及功能匹配評價的係統應用，形成高效低成本的口腔修複應用係統。
考核指標：口腔修複體製作效率提高一倍，精度滿足臨床應用要求，成本降低50%，建立相關的質量測評規範，並取得醫療器械產品注冊證；在不少於20家口腔醫院或診所獲得應用，應用示範案例1000個以上；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.21個性化醫學假肢與肢具的增材製造應用示範（應用示範類）
研究內容：以假肢、肢具、矯正器等個性化康複與治療為目標，進行增材製造技術應用示範，建立三維測量和個性化設計、增材製造、適用評估和臨床應用係統。
考核指標：相對現有技術製造時間縮短50%以上，成本降低50%以上；建立製作和醫療應用規範，產品符合相關標準並獲得市場準入，在5個醫院建立應用示範單位，個性化應用案例200例以上； 應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
1.22 個性化醫療功能模型3D打印技術應用（應用示範類）
研究內容：開展複雜人體組織器官手術規劃和技能培訓的3D打印功能模型應用示範，顯著提高人體複雜模型3D打印的色彩精準性、影像對比度、質感及功能擬人化程度，推動多組織器官功能模型的大規模應用。
考核指標：應用功能模型15種以上，功能材料20種以上，縮短手術時間2/3以上；應用案例1000例以上，培訓500人以上；建立人體組織功能模型材料與工藝規範、質量控製規範；應用國內自主研發的增材製造裝備與技術成果。
2．激光製造
2.1飛秒激光精密製造應用基礎研究（基礎前沿類）
研究內容：麵向信息、新能源、交通、醫療等領域中的國家重大需求和國民經濟主戰場中核心結構關鍵製造挑戰，搭建飛秒激光與材料相互作用的亞飛秒時間分辨率檢測係統，揭示加工中的調控規律；調控加工中的物理化學過程，發展飛秒激光共振吸收等微納加工新方法；解決高深徑比微孔、高保真集成量子門、新型高溫振動傳感器等製造技術瓶頸，開發飛秒激光製造裝備，解決相關製造挑戰，實現重大應用。
考核指標：超快檢測係統時間分辨率<0.2fs；研製飛秒激光製造裝備1套；解決不少於2項國家重大工程中關鍵製造難題並獲重要應用：實現≥300:1深徑比微孔(以直徑小於2μm考核)、3-5比特集成量子邏輯門的製備等。
2.2麵向製造業的大功率半導體激光器（重大共性關鍵技術類）
研究內容：開展雙微通道散熱、熱沉、大功率多光束合成、光纖耦合、光束整形等關鍵技術及半導體激光器失效機製等研究，突破芯片腔麵特殊處理技術與工藝、大功率半導體激光器製造、集成、封裝、測試及可靠性等國產化、批量化生產技術。
考核指標：研製高功率高性能半導體激光單管和激光巴條；研製輸出功率2kW@100μm高亮度光纖耦合模塊；研製輸出功率20kW@600μm的係列化長壽命光纖輸出半導體激光器；實現≥2kW@100μm光纖耦合模塊銷售不少於100台，實現≥20kW@600μm光纖耦合係統銷售不少於50台。在增材製造/激光製造裝備上進行應用示範。
2.3微納結構激光跨尺度製造工藝與裝備（共性關鍵技術）
研究內容：研究激光與材料相互作用的物質瞬態弛豫過程，探索激光誘導自組幹涉微納結構的調控機製，研究微細結構、功能陣列微孔高效製造、減阻功能微結構製造新方法，突破宏-微-納跨尺度激光納米級加工中運動基準與驅動係統存在的耦合幹擾問題，攻克光束零位漂移補償與激光器參數優化控製等關鍵技術，開發成套裝備。
考核指標：瞄準航空航天高速飛行器、電子製造等領域，研製1類激光微結構跨尺度製造裝備；最小線寬≤20nm，實現三維光子集成器件製造；實現減反功能陣列微群孔製造，透過率增加量≥10%；實現減阻麵積≥1000cm2微納結構功能表麵製造，阻力係數減小≥10%。實現不少於3類具有重大應用前景的跨尺度微納功能器件製造。
2.4基於衍射光學元件的激光並行製造工藝及裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：探索激光與纖維類複合材料的相互作用機理，研究基於衍射光學元件的激光並行製造新方法，研究並行激光加工智能監測及反饋係統，研究激光並行製造成套裝備技術。
考核指標：瞄準交通運輸、能源以及電子製造等領域，優先采用國產激光器，開發不少於2類高端激光並行製造裝備，分光光束大於20束，加工精度優於10μm，各並行光束能量穩定性優於1%，進行工程應用。
2.5激光高精度快速複合製造工藝與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：研究激光與多種製造方法的複合（如等離子體、機械等）協同製造技術，攻克精密表麵的高分辨檢測與激光製造同步技術，高效率低缺陷激光複合加工技術，探索多物理量複合技術以及激光複合製造過程原位檢測技術和質量控製方法，開發激光複合製造裝備。
考核指標：瞄準航空、新能源等領域，開發不少於2類激光複合製造裝備，具備加工多種高精度複雜圖案的能力，加工精度≤0.2μm，最高線加工速度≥20cm/s，開發出滿足上述加工精度的高分辨同工位檢測裝置，檢測精度≤0.2μm。
2.6激光精密切割技術與裝備（重大共性關鍵技術類）
研究內容：探索IC領域激光高效窄槽切割新方法，研究先進精密零件曲麵高精度選擇性區域雕刻等製造技術，攻克電光調製等精密控製、界麵強度激光檢測等關鍵技術，研究宏微跨尺度激光加工和先進封裝工藝，開發激光加工成套裝備。
考核指標：麵向IC、航天等領域，開發不少於2類精密切割製造裝備，切割縫寬≤25μm，芯片先進封裝切割質量界麵強度激光檢測模塊裝置（測量重複精度≤5%）；深度精度優於0.3μm，Ra優於0.1μm。獲得實際應用。
2.7 大型薄壁構件激光焊接技術應用示範（應用示範類）
研究內容：針對大型薄壁金屬構件，研究高安全和高質量要求的激光焊接工藝、激光焊接機理與焊縫的主要失效行為、激光焊縫跟蹤定位技術及焊接變形控製技術，研究高可靠性成套裝備技術。考核指標：研製不少於3類激光焊接成套設備和焊接工藝。大型薄壁構件連續焊縫長度≥3500mm，厚度≤0.8mm，焊接變形量≤±0.1mm，焊縫性能滿足相關行業具體要求，建立焊接工藝數據庫，形成工藝規範和標準，在核電、航空、高鐵、船舶等領域，進行不少於20台套激光焊接的示範應用。
2.8厚板、中厚板激光焊接技術應用示範（應用示範類）
研究內容：針對厚板（厚度≥70mm）、圓周中厚板（厚度≥8mm）金屬管材，探索激光焊接和激光電弧複合焊接新方法，設計集激光焊與電弧焊於一體的複合焊炬；研究焊縫缺陷形成機理及其檢測與控製技術、熱應力調控技術、焊接精度控製技術，以及激光/電弧複合焊接係統的運動控製技術。完成係統激光器起停及輸出功率的變化、弧焊參數的變化等控製任務，研究高可靠性成套裝備技術。
考核指標：研製不少於2類激光焊接、激光複合焊接成套設備與焊接工藝。厚板連續焊縫長度≥5000mm，圓周中厚板焊縫長度≥2000mm；對完成圓周中厚板的激光電弧複合焊焊縫進行力學性能試驗，滿足API 1104要求。建立工藝規範和標準。並在核電、航空航天、交通運輸、能源、海洋、石油化工等領域內，進行不少於20台套的示範應用。
2.9 激光金屬製孔技術應用示範（應用示範類）
研究內容：研究圓孔激光精細製造新方法和高精度裝夾與自適應定位技術，攻克光束高速製孔掃描、噴孔等空腔零件加工對壁防傷等關鍵技術，探索激光加工工藝參數與小孔加工質量、倒錐孔精度控製、製造效率的關聯性，開發激光製孔成套裝備。
考核指標：優先采用國產激光器，開發關鍵零件激光製孔成套設備，孔徑範圍：25μm-800μm（全覆蓋），孔徑精度≤1μm，最大深徑比20:1，建立工藝規範和標準，瞄準車輛等領域，進行不少於20台套激光金屬製孔裝備的示範應用。
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