6． 结构材料制备加工与评价新技术

6．1 金刚石超硬复合材料制品增材制造技术与应用示范（典型应用示范）

研究内容：围绕深海／深井勘探与页岩气开采、高端芯片制造等国家重大工程对长寿命、高速、高精度超硬材料制品的需求，开展高性能金刚石刀具、磨具和钻具等结构设计和增材制造技术研究，结合新型金刚石超硬复合材料工具宏观外形和微观异质结构的理论设计和数值模拟，重点突破增材制造用超硬复合材料金属粉体关键制备技术和含超硬颗粒的多材料增材制造关键技术，完成典型工况条件下服役性能的评价。

技术指标：切／磨削类制品在典型工况条件下磨耗比降低70％以上，耐热性达到800℃以上，使用寿命是现有加工材料的2 倍以上；钻具类制品抗弯强度2000MPa，冲击韧性≥4J／cm2，努氏硬度（压痕）达到50GPa，使用寿命达到YG15（WC－15Co） 类硬质合金的5 倍以上；形成年产百万件的工业化生产能力，实现2～3 种产品的规模应用。

7．6 增材制造专用高性能高温合金集成设计与制备（基础研究）

研究内容：针对航空发动机、高超声速飞行器、重载火箭等国家大型工程等所需高温合金精密构件服役特点和增材制造物理冶金特点，融合多层次跨尺度计算方法、并行算法和数据传递技术，发展增材制造专用高性能高温合金的高效计算设计方法与增材制造全流程模拟仿真技术，结合高通量制备技术和快速表征技术，建立增材制造专用高性能高温合金的材料基因工程专用数据库；结合机器学习、数据挖掘、可视化模拟等技术，开展增材制造专用高温合金高效设计与全流程工艺优化的研究工作，实现先进高温合金高端精密构件的组织与尺寸精密化控制，并在航空航天等领域得到工程示范应用。

考核指标：针对国家大型工程等所需高温合金精密构件特点，研制出3～5 种增材制造专用高温合金，研发周期缩减40％以上、研发成本降低40％以上；发展高端增材制造装备和工艺配套的高温合金材料和技术体系，实现国产化规模应用，综合性能平均提升20％以上，产品成本降低30％以上，核心性能指标、批次稳定性达到国际先进水平；申请发明专利或软件著作权10 件以上。

8．5 基于激光增材制造技术的超轻型碳化硅复合材料光学部件制造

研究内容：面向空间光学系统轻量化的发展需求，研究新型超轻型碳化硅复合材料光学部件预制体激光增材制造用粉体原料的设计与高效制备技术；开发基于激光增材制造技术的碳化硅复合材料光学部件基体成型与致密化技术；开发基于激光增材制造技术的碳化硅复合材料光学部件表面致密层制备技术；开展超轻型碳化硅复合材料光学部件的加工验证研究。

考核指标：碳化硅复合材料弯曲强度≥200MPa，弹性模量≥200GPa，热导率≥100W／（m·K），热膨胀系数≤3×10－6／K；碳化硅复合材料光学部件口径≥350mm，轻量化率≥80％，面密度≤25kg／m2；研制出350mm 以上口径碳化硅复合材料光学部件， 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 增材制造先进金属材料的实时表征技术及应用

研究内容：研发基于同步辐射光源的原位表征技术与装备，动态捕捉增材制造过程中高温下微秒级时间尺度和微米级局域空间内的相变和开裂；通过高通量的样品设计和多参量综合表征手段，揭示动态非平衡制备过程中材料组织结构的演化和交互作用规律。面向典型高性能结构材料，揭示增材制造快速熔化凝固超常冶金过程对稳定相、材料组织结构和最终性能产生影响的因素，快速建立材料成分－工艺－结构－性能间量化关系数据库；结合材料信息学方法，发展增材制造工艺和材料性能高效优化软件，在典型增材制造材料的设计与优化中得到应用。

考核指标：发展基于同步辐射光源的增材制造原位表征技术与装备，在多个尺度上实时追踪增材制造过程中材料组织演变、裂纹生长和化学反应的动态过程。实现单点表征区域＞200μm，空间分辨率≤10μm，时间分辨率≤5μs，表征通量＞103 样品空间成份点的原位无损分析；构建高温合金、不锈钢、钛合金、铝镁合金等高性能结构材料成分－工艺－结构－性能数据库，开发增材制造工艺优化专用软件，应用于三种增材制造材料的设计与优化。申请发明专利3～5 项，软件著作权2～3 项。

“高端功能与智能材料”重点专项2021年度项目申报指南建议（征求意见稿），其中有2个项目涉及到了增材制造（3D打印）相关技术，南极熊进行了提取如下：

2．2 骨组织精准适配功能材料及关键技术（共性关键技术）

研究内容：面向因骨质疏松、骨肿瘤、感染等导致的人体骨组织缺损疾病治疗的需求，研发对骨组织功能重建具有生物适配功能的高端再生修复材料，开发融合生物材料、医学影像、计算机模拟、增材制造、人工智能的先进骨组织修复与再生成套技术，发展外场驱动的非侵入性材料，促进无生命材料向具有健全功能组织的转化。

考核指标：获得3～5 种基于类骨无机粉体的新材料，阐明材料和组织相互作用机制及细胞信号通路；研发4～6 种外场驱动的新材料；突破大尺寸类骨无机材料3D 打印关键技术，骨修复体连通气孔率大于50％，孔径在100 μm－600 μm之间可控调节，压缩强度大于40 MPa，实现大尺寸骨缺损的再生修复；建立术前组织三维重建与手术模型制备、术中手术定位导板与精准修复再生修复材料构建、术后康复材料设计的围手术期骨精准再生修复成套技术；完成骨再生精准修复材料的临床前研究，开展临床试验20 例以上。

4．4 声学超构材料及集成器件（共性关键技术）

研究内容：面向高端技术装备振动与噪声控制的重大需求，开发声学超材料设计技术，发展基于3D 打印等先进制造手段的声学超材料制备方法，研发具备宽带、低频、全向等优异吸声、隔声特性的声结构功能材料和基于拓扑声学的全固态集成声学器件，实现基于超材料的低频声波定向传输；开发有效提高超声穿透性能并实现高分辨颅脑超声成像的双负参数声学超材料。
考核指标：声学超构材料的工作频带范围20～800 Hz，厚度≤30 mm，其中吸声超材料实现设计带宽内吸声系数≥0．85、平均值≥0．95，隔声超材料实现设计带宽内插入损失≥20 dB、平均值≥30 dB。中频超构声学器件的工作频率≥100MHz，室温品质因子Q≥104，高频超构器件的工作频率≥3GHz，室温品质因子Q≥5×103，滤波器带宽的可设计范围优于0～3％，带外抑制≥40 dB，插入损耗≤5 dB。