3D打印在含能材料领域的创新应用与探索

2011年，南京理工大学刑宗仁等人以光固化树脂作为模拟材料，配制了可以通过紫外光固化的树脂配方，并进行了3D打印快速成型实验。在模拟获得的技术参数基础上，成功构建了3D打印快速成形系统，完成了3D打印平台（包括硬件设施和软件设施）的搭建，为3D打印快速成型技术在国内含能材料领域的应用奠定了一定的基础。

R A Chandru等人介绍了在没有芯棒作为支撑的条件下，采用3D打印技术制备纵向孔的高氯酸铵复合推进剂，添加少量的Al粉作为补充燃料。通过喷嘴直接挤压并且一层一层积累，建立了所需的三维结构。论证了采用挤压式3D打印技术能够无需使用芯棒支撑，可以方便地制造纵向孔的复合推进剂颗粒。

实验中打印了两种结构的推进剂，一种是简单网结构，另一种是具有不同孔隙率的圆柱网格，其填充密度从20%增加到了100%，实验发现燃烧速率随着填充密度的增大而减小。当填充密度为20%时燃烧速率大约为100 mm/s，而当填充密度为100%时燃烧速率仅有10 mm/s。实验结果说明了3D打印技术在控制含能材料反应性能方面是一种非常有效的技术方式，为后续控制能量输出等研究提供了技术手段。

2016年，姚艺龙等人成功制备了三种CL-20含能油墨并对其打印过程中的挤出压力、点胶针头内径、油墨初始粘度、溶剂挥发速度等影响直写线条宽度的因素进行了分析研究。在实验测试的基础上，以实验测试的相关参数为基准，利用模拟软件对CL-20含能油墨直写进行了模型构建，分别模拟了以上因素对含能油墨直写规律的影响过程。

同年，王敦举课题组对亚微米CL-20复合含能油墨进行了三维结构成型，并对炸药油墨固化过程的观察分析、微观结构的形貌表征、热分解性能的测试和爆轰性能的测试分析。最终结果表：在微观层面，制备的含能油墨中CL-20炸药的晶型没有发生改变；而在宏观层面，打印成型的复合油墨经过固化后，很好的保持了刚打印成型的模样，既没有产生裂纹，也没有形成空隙。另外爆轰性能测试也表明，直写打印的CL-20含能油墨打印的复合结构尺寸为0.4×0.4 mm时，能够进行稳定爆轰。

此外，黄瑨等人利用3D打印技术将TATB和CL‐20两种炸药体系构筑成3种不同的新型复合装药结构，并对其撞击感度进行了测试表征。使用3D打印技术构建的轴向/径向复合装药结构的特性落高达到了72 cm，这种复合结构具有的特性落高是相同质量的CL‐20单独装药时测试结果的3.14倍。

喷墨沉积技术是给需要打印的墨水一定压力，使其在小尺寸的喷嘴中形成微小的液滴，并按照设定的程序将小液滴进行排列叠加，然后经过后续固化或者烧结，最终形成三维结构的技术。首先在墨盒中灌注炸药墨水，墨水必须具有良好的流动性，能保证在喷嘴中顺利流动。其次对容器内的墨水施加一定压力，让其能够从喷嘴处流动滴落，由程序控制将墨水打印在基板上，最后通过一层一层堆叠的方式形成三维结构。此处可以控制压力的大小调整墨滴的滴落速度，根据墨水的性质和实验需要进行打印过程的控制。

猛炸药作为含能材料领域能量输出的主要药剂，在保证能量输出的前提下寻找安全可靠的生产制备方式是非常有必要的，因此对于猛炸药的喷墨打印技术在国内外进行了大量探索。E Windsor等人证实了压电喷墨打印技术可以对RDX含能墨水进行打印。

上一篇：3D打印医疗应用价值解析
下一篇：纳米材料与3D打印：含能材料制备的科技新突破