工信部：高性能难熔难加工合金大型复杂构件增材制造+“一条龙”应用计划申报

南极熊导读：2019年9月20日，工业和信息化部办公厅发布了关于组织开展2019年度工业强基工程重点产品、工艺“一条龙”应用计划工作的通知，在2019年，选择“传感器”“控制系统”“超低损耗通信光纤预制棒及光纤”“航空发动机和燃气轮机耐高温叶片”“高性能难熔难加工合金大型复杂构件增材制造（3D打印）”“石墨烯”等6条龙开展相关工作。

南极熊看到，在高性能难熔难加工合金大型复杂构件增材制造（3D打印）+“一条龙”应用计划中，瞄准航天、大型飞机、航空发动机、燃气轮机、船舶、轨道交 通与核电领域等重大装备开发和生产用户，以产业链上下游供需能 力为基础，应用为导向，针对铝合金、钛合金、高温难熔难加工合 金等高性能合金大型复杂构件高效增材制造(3D打印)工艺、系列化工程化成套装备、质量和性能控制及工程化应用等关键环节的基 础材料、工艺和装备，推动相关重点项目建设和技术突破，形成上 下游产业对接的应用示范链条，推动增材制造产业和技术发展。

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2019-10-24 12:23 上传

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高性能难熔难加工合金大型复杂构件增材制造(3D 打印)“一条龙”应用计划申报指南

一、产业链构成
瞄准航天、大型飞机、航空发动机、燃气轮机、船舶、轨道交 通与核电领域等重大装备开发和生产用户，以产业链上下游供需能 力为基础，应用为导向，针对铝合金、钛合金、高温难熔难加工合 金等高性能合金大型复杂构件高效增材制造(3D打印)工艺、系列 化工程化成套装备、质量和性能控制及工程化应用等关键环节的基 础材料、工艺和装备，推动相关重点项目建设和技术突破，形成上 下游产业对接的应用示范链条，推动增材制造产业和技术发展。

关键产业链条环节

二、目标和任务
(一)上游原材料

1. 高性能合金粉末材料
(1)环节描述及任务。针对载能束粉末床或送粉式增材制造原 材料的迫切需求，突破铝合金、钛合金、高温合金以及钨/钼/钽/铌 合金等高性能难加工合金粉末的制备技术，形成稳定的制备工艺， 实现球形度好、粒径分布窄且流动性与加工性良好的典型铁基、铝 基、钛基、镍基粉末的批量制备和加工，满足增材制造技术对高品 质粉末原材料制备技术的要求。

(2)具体目标。粉末氧氮含量:铁基:O≤200 ppm、N≤150 ppm， 铝基:O≤800 ppm、N≤250 ppm，镍基:O≤150 ppm、N≤100 ppm， 钛基:O≤1000 ppm、N≤100 ppm;粉末粒度分布呈正态分布，激光 选区熔化SLM工艺粉末粒径分布15~53μm(细粉)，激光熔融沉积 LENS和电子束选区熔化EBM粉末粒径53~105μm(粗粉)，粉末具 有良好的流动性(铁基:≤22s/50g，铝基:N/a，钛基:≤35s/50g， 镍基:≤22s/50g)，粉末球形度≥90%，无卫星球。

2. 高性能合金丝材
(1)环节描述及任务。针对增材制造专用高性能合金丝材的高 质量制备技术和装备的需求，掌握合金熔炼和拉拔工艺对丝材质量 的影响规律，突破元素烧损行为及均质化调控技术，实现铝合金、钛合金、高温合金以及钨/钼/钽/铌合金等高性能难熔难加工合金丝 材的批量制备和加工，满足熔丝增材制造对丝材表面质量、内部缺 陷和成分的要求。

(2)具体目标。丝材直径0.8~3.0mm，尺寸偏差+0.01/-0.04， 表面光滑，无毛刺、凹陷、划痕、裂纹等缺陷。最高力学性能:铝 基σb≥300MPa，δ≥6%;铁基σb≥800MPa，δ≥10%;钛基σb≥930MPa， δ≥8%;镍基σb≥1200MPa，δ≥15%。

(二)制造装备
1. 激光/电弧/等离子熔丝系类大型增减材一体化装备
(1)环节描述及任务。针对航天、大型飞机、航空发动机、燃 气轮机、船舶、轨道交通与核电等领域高性能难加工合金大型复杂 零部件的制造需求，开发激光/电弧/等离子熔丝系类大型增减材一体 化装备技术攻关和成套装备，解决大型零件成形精度、内部缺陷、 应力组织在线调控等技术难题，为实现高性能铝合金、钛合金、高 温难加工合金等大型复杂构件的制造提供成套装备。

(2)具体目标。激光/电弧/等离子熔丝系类大型增减材一体化 成套装备，需具有大型典型复杂零件的高效高精度成形能力，单向 成形尺寸不低于1.5m，尺寸精度不低于±3mm/m;构件力学性能超过 传统铸件，接近锻件水平;相比较传统工艺，制造周期缩短30%以 上，原材料消耗降低30%以上。

2. 激光送粉增减材一体化装备
(1)环节描述及任务。针对航天、航空发动机、燃气轮机、轨 道交通等领域复杂异形结构及较大尺寸复杂结构件的制造或快速修 复需求，开展五轴联动送粉式增减材一体化成套装备技术攻关，集成气氛保护和冷却气体循环系统、增减材复合制造专用数控系统、 激光成形熔覆头等，完成五轴联动增减材复合制造设备开发和测试， 提高制件成型精度和效率，为实现高性能钛合金、高温难加工合金 等高性能难加工大型复杂构件的制造提供成套装备。

(2)具体目标。送粉式五轴增减材一体化装备技术攻关具体技 术指标包括:成形尺寸不小于800×800×500mm，工作环境水氧含 量不大于10ppm, 最高成形效率可达200cm3/h ，重复定位精度: ±0.005mm，加工精度优于20μm/100mm，零件表面粗糙度优于 Ra1.6μm。

3. 电子束熔丝大型增材制造装备
(1)环节描述及任务。针对航天、大型飞机、航空发动机、燃 气轮机、核电等领域高性能难加工合金大型复杂零部件的制造需求， 开展电子束熔丝大型增材制造成套装备技术攻关，集成开发高稳定 性长效循环过滤系统，满足长时间连续生产需求;开发熔池在线监 测技术，解决内部冶金缺陷的在线监测问题，为实现高性能铝合金、 钛合金、高温难加工合金等大型复杂构件的制造提供成套装备。

(2)具体目标。电子束熔丝大型增材制造装备具体技术指标包 括:最大成形尺寸不小于1.2m，尺寸精度不低于±3mm/m，构件力学 性能超过传统铸件，接近锻件水平。

4. 激光/电子束选区激光熔化增材制造装备
(1)环节描述及任务。针对航天、航空发动机、燃气轮机、轨 道交通、核电等领域高性能难加工合金大型精密复杂零部件的制造 需求，开展开展激光/电子束选区熔化装备技术攻关，开发阵列式多 能束协同加工技术，提高制件成形效率;开发高稳定性长效循环过滤系统，满足长时间连续生产需求;开发熔池在线监测技术，解决 内部冶金缺陷的在线监测问题。完成激光/电子束选区熔化装备的开 发和测试，提高制件成型精度和效率，为实现高性能铝合金、钛合 金、高温难加工合金等大型精密复杂构件的制造提供成套装备。

(2)具体目标。装备的激光/电子束阵列数量不低于2个，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;构件力学性能超过传统铸件。

  (三)设计、工艺规范、检测技术与标准
1. 高性能大型结构拓扑优化设计
(1)环节描述及任务。针对航天、大型飞机、航空发动机、燃 气轮机、船舶、轨道交通与核电等领域，开展大型复杂结构一体化、 轻量化及多功能集成优化设计，建立基于结构承载强度、惯性和刚 度的轻量化设计准则，在保证材料本体性能不变的前提下，降低重 量、减小零部件数量，并一定程度上提升结构性能。

(2)具体目标。在航天、大型飞机、航空发动机、燃气轮机、 船舶、轨道交通与核电等领域选取典型案例，开展大型复杂构件优 化设计或拓扑优化设计，整体体积和重量减少20%以上，并获得打 印验证和测试。

2. 增材制造工艺、后处理工艺及规范
(1)环节描述及任务。针对航天、大型飞机、航空发动机、燃 气轮机、船舶、轨道交通与核电等领域高性能难加工合金大型精密 复杂零部件的制造需求，开展铝合金、钛合金、高温难加工合金等 大型复杂构件增材制造关键工艺、后处理技术攻关，形成相关工艺 规范和制造工艺的一揽子解决方案。

(2)具体目标。在航天、大型飞机、航空发动机、燃气轮机、 船舶、轨道交通与核电等领域选取典型案例，依托行业或企业中试 研发能力平台为主导，组织产学研联合，整合软硬件资源，建设高 性能金属复杂构件增材制造工艺与技术服务平台，推动增材制造工 艺和后处理工艺开发和验证，分别形成相关工艺规范。

3. 检测技术与标准
(1)环节描述及任务。针对航天、大型飞机、航空发动机、燃 气轮机、船舶、轨道交通与核电等领域高性能难加工合金大型精密 复杂零部件的质量检测与评价的需求，开展高性能铝合金、钛合金、 高温难加工合金等大型复杂构件的无损检测技术攻关;根据国内外 先进材料生产指标参数以及关键制造工艺、缺陷类别、检测技术成 果，参与和推动团体标准、行业标准或国家标准的制定。

(2)具体目标。在航天、大型飞机、航空发动机、燃气轮机、 船舶、轨道交通与核电等领域选取典型案例，根据不同生产阶段、 不同制造工艺、不同零部件的检测要求，完成相关增材制造材料、 工艺及检测规范和推荐标准的制定，不少于3项，具备行业推广条件。

(四)应用示范
1. 航天领域应用示范
(1)环节描述及任务。 针对航天中地月/火星探测器支撑类、 大容量通信卫星连接支架类、功能类以及运载火箭支撑类典型构件 的轻量化、一体化设计，在保证材料本体性能不变的前提下，通过 增材制造，一定程度上提升结构性能、降低重量、缩短制造周期的 成本，并开展增材制件的示范应用和实验验证。培养一批高水平人 才队伍。

(2)具体目标。 完成卫星支架、火箭链接环舱段类结构的拓 扑优化设计和制造，整体体积和重量减少15%以上，形成制造工艺 规范≥3份。

2. 大型飞机应用示范
(1)环节描述及任务。开展民机钛合金结构件低成本高效率等 离子电弧增材制造工艺、钛合金结构件高效率电子束熔丝增材工艺、 复杂大尺寸结构件一体化高效电弧熔丝增减材复合制造、大尺寸铝 合金、钛合金结构件高效低成本电弧增材制造技术、后处理技术与 无损检测技术攻关与示范应用，发展低成本、高效率、批次性能稳 定的大型结构件制造工艺，形成上述增材制造制件质量检测技术和 评价方法，为后续承力结构件的应用奠定基础。培养一批高水平人 才队伍。

(2)具体目标。相对传统制造工艺，制造效率提升50%，成本 降低50%，综合性能达到或超越铸件水平，与锻件相当，完成2种大 尺寸零件的初步应用验证，形成制造工艺规范≥3份。

3. 航空发动机应用示范
(1)环节描述及任务。针对航空发动机领域，在开发、零部件 修复和测试过程中开展增材制造技术应用示范，形成高性能金属增 材制造材料、工艺、装备及质量检测的整套成果应用示范体系，培 养一批高水平人才队伍，建立相关产业基地。

(2)具体目标。实现第五代航空发动机典型功能部件的增材制 造，完成发动机机匣、高温合金燃油喷嘴、钛合金轴承座等结构件 ≥5件的相关试制，相对传统制造工艺，减重20%以上，制造效率提 升50%，成本降低50%，典型构件综合力学性能(室温拉伸、冲击，疲劳，高温拉伸，高温蠕变等)超过对应铸件水平，接近锻件水平。 形成制造工艺规范≥3份。

4. 燃气轮机应用示范
(1)环节描述及任务。针对燃气轮机领域，在开发、零部件修 复和测试过程中开展增材制造技术应用示范，形成高性能金属增材 制造材料、工艺、装备及质量检测的整套成果应用示范体系，培养 一批高水平人才队伍，建立相关产业基地。

(2)具体目标。实现新一代重型燃气轮机典型功能部件的增材 制造，完成燃气轮机燃烧室、高温合金燃油喷嘴、轴承座等结构件 ≥5件的相关试制，相对传统制造工艺，减重20%以上，制造效率提 升50%，成本降低50%，典型构件综合力学性能(室温拉伸、冲击， 疲劳，高温拉伸，高温蠕变等)超过对应铸件水平，接近锻件水平。 形成制造工艺规范≥3份。

5. 船舶领域应用示范
(1)环节描述及任务。针对船舶领域，基于增材制造技术，开 展高性能金属材料制备、大型件船舶构件优化设计、激光/电弧/等离 子/电子束等高能束熔丝增材制造工艺、激光/电子束选区烧结工艺、 激光送粉增减材复合制造工艺、零部件增材修复工艺、以及装备及 质量检测的整套成果应用示范，培养一批高水平人才队伍，建立相 关产业基地。

(2)具体目标。实现船用空间曲面部件、螺旋销、轴瓦、箱式 热交换器、螺旋桨等≥5件的典型功能部件的增材制造，形成制造工 艺规范≥3份，相关成果在船舶开发、验证、制造和维修等环节进行 示范应用。

6. 轨道交通领域应用示范
(1)环节描述及任务。针对轨道交通领域，在开发、零部件修 复和测试过程中开展增材制造技术应用示范，形成高性能金属增材 制造材料、工艺、装备及质量检测的整套成果应用示范体系，培养 一批高水平人才队伍，建立相关产业基地。

(2)具体目标。实现轨道交通领域≥5件典型功能部件的增材制 造，加速在研发过程中的试制、试验验证工作;相对传统制造工艺， 减重20%以上，制造效率提升50%，成本降低50%，典型构件综合力 学性能(室温拉伸、冲击，疲劳，高温拉伸，高温蠕变等)超过对 应铸件水平，接近锻件水平。实现增材修复技术应用到铁路配件修 复中，尤其是柴油机机体、曲轴、凸轮轴等高价值品的修复工作。 形成制造工艺规范≥3份。

7. 核电领域应用示范
(1)环节描述及任务。 针对核电领域蒸汽发生器、稳压器、 换热器等高精度复杂结构件，以及压力容器等大型复杂零部件，在 开发测试过程中开展增材制造技术应用示范，形成高性能金属增材 制造材料、工艺、装备及质量检测的整套成果应用示范体系，培养 一批高水平人才队伍，建立相关产业基地。

(2)具体目标。实现核电领域≥3件典型功能部件的增材制造， 加速在研发过程中的试制、试验验证工作;相对传统制造工艺，减 重20%以上，制造效率提升50%，成本降低50%，典型构件综合力学 性能(室温拉伸、冲击，疲劳，高温拉伸，高温蠕变等)达到对应 锻铸件水平。形成制造工艺规范≥3份。
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