6． 結構材料制備加工與評價新技術

6．1 金剛石超硬復合材料制品增材制造技術與應用示范（典型應用示范）

研究內容：圍繞深海／深井勘探與頁巖氣開采、高端芯片制造等國家重大工程對長壽命、高速、高精度超硬材料制品的需求，開展高性能金剛石刀具、磨具和鉆具等結構設計和增材制造技術研究，結合新型金剛石超硬復合材料工具宏觀外形和微觀異質結構的理論設計和數值模擬，重點突破增材制造用超硬復合材料金屬粉體關鍵制備技術和含超硬顆粒的多材料增材制造關鍵技術，完成典型工況條件下服役性能的評價。

技術指標：切／磨削類制品在典型工況條件下磨耗比降低70％以上，耐熱性達到800℃以上，使用壽命是現有加工材料的2 倍以上；鉆具類制品抗彎強度2000MPa，沖擊韌性≥4J／cm2，努氏硬度（壓痕）達到50GPa，使用壽命達到YG15（WC－15Co） 類硬質合金的5 倍以上；形成年產百萬件的工業化生產能力，實現2～3 種產品的規模應用。

7．6 增材制造專用高性能高溫合金集成設計與制備（基礎研究）

研究內容：針對航空發動機、高超聲速飛行器、重載火箭等國家大型工程等所需高溫合金精密構件服役特點和增材制造物理冶金特點，融合多層次跨尺度計算方法、并行算法和數據傳遞技術，發展增材制造專用高性能高溫合金的高效計算設計方法與增材制造全流程模擬仿真技術，結合高通量制備技術和快速表征技術，建立增材制造專用高性能高溫合金的材料基因工程專用數據庫；結合機器學習、數據挖掘、可視化模擬等技術，開展增材制造專用高溫合金高效設計與全流程工藝優化的研究工作，實現先進高溫合金高端精密構件的組織與尺寸精密化控制，并在航空航天等領域得到工程示范應用。

考核指標：針對國家大型工程等所需高溫合金精密構件特點，研制出3～5 種增材制造專用高溫合金，研發周期縮減40％以上、研發成本降低40％以上；發展高端增材制造裝備和工藝配套的高溫合金材料和技術體系，實現國產化規模應用，綜合性能平均提升20％以上，產品成本降低30％以上，核心性能指標、批次穩定性達到國際先進水平；申請發明專利或軟件著作權10 件以上。

8．5 基于激光增材制造技術的超輕型碳化硅復合材料光學部件制造

研究內容：面向空間光學系統輕量化的發展需求，研究新型超輕型碳化硅復合材料光學部件預制體激光增材制造用粉體原料的設計與高效制備技術；開發基于激光增材制造技術的碳化硅復合材料光學部件基體成型與致密化技術；開發基于激光增材制造技術的碳化硅復合材料光學部件表面致密層制備技術；開展超輕型碳化硅復合材料光學部件的加工驗證研究。

考核指標：碳化硅復合材料彎曲強度≥200MPa，彈性模量≥200GPa，熱導率≥100W／（m·K），熱膨脹系數≤3×10－6／K；碳化硅復合材料光學部件口徑≥350mm，輕量化率≥80％，面密度≤25kg／m2；研制出350mm 以上口徑碳化硅復合材料光學部件， 表面粗糙度Ra≤1nm ， 面形精度RMS≤λ／40（λ＝632．8nm），500－800nm 波段平均反射率≥96％。

8．8 增材制造先進金屬材料的實時表征技術及應用

研究內容：研發基于同步輻射光源的原位表征技術與裝備，動態捕捉增材制造過程中高溫下微秒級時間尺度和微米級局域空間內的相變和開裂；通過高通量的樣品設計和多參量綜合表征手段，揭示動態非平衡制備過程中材料組織結構的演化和交互作用規律。面向典型高性能結構材料，揭示增材制造快速熔化凝固超常冶金過程對穩定相、材料組織結構和最終性能產生影響的因素，快速建立材料成分－工藝－結構－性能間量化關系數據庫；結合材料信息學方法，發展增材制造工藝和材料性能高效優化軟件，在典型增材制造材料的設計與優化中得到應用。

考核指標：發展基于同步輻射光源的增材制造原位表征技術與裝備，在多個尺度上實時追蹤增材制造過程中材料組織演變、裂紋生長和化學反應的動態過程。實現單點表征區域＞200μm，空間分辨率≤10μm，時間分辨率≤5μs，表征通量＞103 樣品空間成份點的原位無損分析；構建高溫合金、不銹鋼、鈦合金、鋁鎂合金等高性能結構材料成分－工藝－結構－性能數據庫，開發增材制造工藝優化專用軟件，應用于三種增材制造材料的設計與優化。申請發明專利3～5 項，軟件著作權2～3 項。

“高端功能與智能材料”重點專項2021年度項目申報指南建議（征求意見稿），其中有2個項目涉及到了增材制造（3D打印）相關技術，南極熊進行了提取如下：

2．2 骨組織精準適配功能材料及關鍵技術（共性關鍵技術）

研究內容：面向因骨質疏松、骨腫瘤、感染等導致的人體骨組織缺損疾病治療的需求，研發對骨組織功能重建具有生物適配功能的高端再生修復材料，開發融合生物材料、醫學影像、計算機模擬、增材制造、人工智能的先進骨組織修復與再生成套技術，發展外場驅動的非侵入性材料，促進無生命材料向具有健全功能組織的轉化。

考核指標：獲得3～5 種基于類骨無機粉體的新材料，闡明材料和組織相互作用機制及細胞信號通路；研發4～6 種外場驅動的新材料；突破大尺寸類骨無機材料3D 打印關鍵技術，骨修復體連通氣孔率大于50％，孔徑在100 μm－600 μm之間可控調節，壓縮強度大于40 MPa，實現大尺寸骨缺損的再生修復；建立術前組織三維重建與手術模型制備、術中手術定位導板與精準修復再生修復材料構建、術后康復材料設計的圍手術期骨精準再生修復成套技術；完成骨再生精準修復材料的臨床前研究，開展臨床試驗20 例以上。

4．4 聲學超構材料及集成器件（共性關鍵技術）

研究內容：面向高端技術裝備振動與噪聲控制的重大需求，開發聲學超材料設計技術，發展基于3D 打印等先進制造手段的聲學超材料制備方法，研發具備寬帶、低頻、全向等優異吸聲、隔聲特性的聲結構功能材料和基于拓撲聲學的全固態集成聲學器件，實現基于超材料的低頻聲波定向傳輸；開發有效提高超聲穿透性能并實現高分辨顱腦超聲成像的雙負參數聲學超材料。
考核指標：聲學超構材料的工作頻帶范圍20～800 Hz，厚度≤30 mm，其中吸聲超材料實現設計帶寬內吸聲系數≥0．85、平均值≥0．95，隔聲超材料實現設計帶寬內插入損失≥20 dB、平均值≥30 dB。中頻超構聲學器件的工作頻率≥100MHz，室溫品質因子Q≥104，高頻超構器件的工作頻率≥3GHz，室溫品質因子Q≥5×103，濾波器帶寬的可設計范圍優于0～3％，帶外抑制≥40 dB，插入損耗≤5 dB。