适应于3D成型技术的推进剂体系探索研究(2)
隔离操作，增加一系列安全控制功能，形成安全可靠的推进剂加工机床控制系统，保证了推
进剂加工的安全。毫无疑问的，该项举措会使得推进剂制造成本直线上升。同时，即使将机
械加工设备进行了安全控制改造，推进剂仍存在易燃易爆的隐患。为了将推进剂在制造加工
过程中的危险因素再进一步的降低，可先从药剂的原材料选择开始，从头重新设计一种借助
3D 打印这种高自由度的制造方法，使用绿色含能材料，进行推进剂的配方的理论能量设计，
对双基推进剂的能量示性数进行理论计算， 并对其燃烧性能和力学性能进行了讨论，再根据
成型材料特点进行具体的打印设计，对比金属（黑色金属、 有色金属和稀贵金属）、聚合物、
陶瓷和复合材料在3D打印材料中的应用，根据不同打印材料适用的3D打印机类型进行分类，
试验各种类型 3D打印工艺的特点、适用材料和应用范围，以得到一种制造加工安全，使用
便捷广泛的推进剂。
本课题拟在前期研究基础上，系统开展推进剂材料与 3D打印技术的匹配性研究，从研
究能量设计和材料成型特性方面设计，探索适应于 3D打印技术的推进剂体系，并开展初步
的成型试验，为实现典型推进剂的 3D打印成型技术奠定基础。本文先行探索了聚己内酯
（PCL）的能量特性和配方设计，以及在 3D打印过程中出现的问题和解决方案。此外，通过
打印代用料以及聚乳酸（PLA）的模型，探索 3DP 不同工艺的成型效果，为之后的系统体系
提供帮助。
1.1 3D 打印的发展历史
三文打印技术是集机械、自动控制、计算机科学等为一体的先进制造技术[1]。而三文打
印(three dimensional printing，3DP)机作为绿色的桌面快速成型设备，具有成本低、体积小、
产品可具有多种颜色、可选择多种材料、噪声小、无污染等优点[2]。3DP 技术与 SLA、SLS、
FDM 和 LOM技术一样，都是基于离散/堆积制造思想的快速成型技术。SLA、SLS、LOM等
快速成型设备以激光作为能源，但激光系统(包括激光器、冷却器、电源和外光路)的价格及
文护费用非常昂贵，同时，该平台打印精度不太符合推进剂制作要求，只能探究配方的打印
条件。而基于喷射黏接剂堆积成型的 3DP 设备采用相对较廉价的打印头[3]。另外，3DP 快速
成型方法避免了 SLA、SLS、LOM以及FDM 等快速成型方法对温度及环境的要求[4]。同时，
该平台打印精度不太符合推进剂制作要求，只能探究配方的打印条件。由于3DP 工艺能制造
复杂结构和同时处理多种材料，因此在特殊材料的成型和功能梯度成型方面具有强大的优势，
在国外已被广泛应用于生物医学领域和微细加工领域等特殊成型场合[5] 。
1.2 推进剂发展与简介
1832年，法国人布拉科诺发明了硝化棉（Nitrocellulose） ；1846年，意大利人索布雷诺
发明了硝化甘油(Nitroglycerine ） ；1884年，法国人文耶里发明了单基药(Single base
propellant ） ；1888年，瑞典人诺贝尔发明了双基药(Double base propellant ） ；1940年代，复
合药技术走向成熟( Compsite propellant ）。
火药做功过程是化学能转化为机械能的过程，类似于热机，做功能力取决于火药本身的
能量及燃烧产物的性质和武器对火药能量利用率。
1.2.1 火药在火箭发动机中的功能转化可分为四个阶段
第1阶段 火药定压绝热燃烧放出的热量全部用于加热燃烧气体
第2阶段 火药燃气绝热等熵膨胀由燃烧室至喷口
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