一种提高固体推进剂燃速的同轴3D打印方法和推进剂与流程

本发明涉及固体推进剂3d打印，具体涉及一种提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法和推进剂。

背景技术：

1、高燃速固体推进剂可以使固体推进剂在短时间内产生大推力，是当前固体推进剂的主要发展方向之一，在战术武器、战略导弹和航天技术的发展上有着重要意义。

2、目前常用的成熟推进剂体系的燃速调节范围有限，如果采用添加功能助剂或改变配方组成的化学方法，往往会影响推进剂的整体性能，需要重新优化配方；为了在不影响推进剂组成的前提下实现燃速的提高，可以采用嵌入金属丝或石墨纤维等导热材料的物理方法，导热材料可以将推进剂燃面处的高温快速传递至未燃烧的推进剂组分中，加快燃烧传递的进程。然而，目前在浇筑工艺的最后工序中嵌入金属丝或石墨纤维的传统方法，不仅工序复杂而且难以完成复杂推进剂药型的嵌丝。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法能实现对最终成型推进剂燃烧速度和能量性能的精准调控；同时，内嵌导热复合材料的方法能够以增加物理导热的方式极大提高固体推进剂在轴向上的燃速。

2、本发明的第二个目的是提供一种基于同轴3d打印方法制得的推进剂。

3、本发明所采用的第一个技术方案是：一种提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法，包括基于同轴3d打印机形成内芯为导热复合材料、外壳为固体推进剂材料的线形材料，并且逐层叠加打印所述线形材料得到推进剂。

4、优选地，所述提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法，包括以下步骤：

5、s1、分别制备导热复合材料和固体推进剂材料；

6、s2、将所述导热复合材料装入同轴3d打印机的内芯核层的打印料筒内，将所述固体推进剂材料装入同轴3d打印机的外周壳层的打印料筒内；

7、s3、通过切片软件将所需打印的推进剂模型进行切片，获得切片文件；将所述切片文件导入至同轴3d打印机中；

8、s4、基于所述切片文件，同轴3d打印机将导热复合材料和固体推进剂材料同时分别从同轴打印的内侧针头和外侧针头挤出，形成线形材料；

9、s5、重复所述步骤s4，逐层累加所述线形材料即形成推进剂。

10、优选地，还包括步骤s6、将打印后获得的推进剂进行固化得到最终推进剂成品。

11、优选地，所述步骤s1中的导热复合材料包括以金属丝、金属纤维、石墨纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种为导热主体，以高分子聚合物等为基体的复合材料。

12、优选地，所述高分子聚合物包括聚氨酯类、聚烯烃类、乙烯-醋酸乙烯共聚物的高分子聚合物单质和高分子共聚物中的一种或多种。

13、优选地，所述步骤s1中的固体推进剂材料包括双基推进剂、丁羟类推进剂、硝酸酯增塑的聚醚类推进剂。

14、优选地，所述步骤s2中的打印料筒具有加热模块，使温度控制在30℃～80℃范围内。

15、优选地，所述步骤s3中的切片软件包括simplify3d、cura。

16、优选地，所述步骤s4中内侧针头和外侧针头的内径尺寸在0.1mm～3mm之间；所述内侧针头为三角形、方形、五角星形、多边形异形结构中的一种，所述外侧针头为三角形、方形、五角星形、多边形异形结构中的一种。

17、本发明所采用的第二个技术方案是：一种基于第一个技术方案中所述同轴3d打印方法制得的推进剂，包括逐层叠加的线形材料，所述线形材料是内芯为导热复合材料、外壳为固体推进剂材料的具有核壳结构的线形材料。

18、上述技术方案的有益效果：

19、(1)本发明公开的一种提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法可以控制打印线形中导热内芯和推进剂外壳的厚度，实现对最终成型推进剂燃烧速度和能量性能的精准调控。

20、(2)本发明以同轴3d打印的方式将导热复合材料内嵌入固体推进剂中，实现固体推进剂的快速制备及燃速提升；打印出的线形中内芯核层为导热复合材料，外周壳层为固体推进剂材料，实现了两种高粘度功能性复合材料的一体化快速成型。

21、(3)本发明结合同轴3d打印以及内嵌导热复合材料的方式，将可供3d打印的导热复合材料和固体推进剂材料分别由同轴3d打印机的内侧和外侧针头挤出，形成内芯为导热复合材料、外壳为固体推进剂材料的线形材料，并且逐层叠加打印出推进剂药柱；该方法实现了推进剂成型、成品性能可控；同时，内嵌导热复合材料的方法能够以增加物理导热的方式极大提高固体推进剂在轴向上的燃速，并且可以完成复杂推进剂药型的制备。

技术特征：

1.一种提高固体推进剂燃速的同轴3d打印方法，其特征在于，包括基于同轴3d打印机形成内芯为导热复合材料、外壳为固体推进剂材料的线形材料，并且逐层叠加打印所述线形材料得到推进剂。

2.根据权利要求1所述的同轴3d打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，还包括步骤s6、将打印后获得的推进剂进行固化得到最终推进剂成品。

4.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述步骤s1中的导热复合材料包括以金属丝、金属纤维、石墨纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种为导热主体，以高分子聚合物等为基体的复合材料；所述导热主体的质量占导热复合材料总质量的1％-90％。

5.根据权利要求4所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚氨酯类、聚烯烃类、乙烯-醋酸乙烯共聚物的高分子聚合物单质和高分子共聚物中的一种或多种。

6.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述步骤s1中的固体推进剂材料包括双基推进剂、丁羟类推进剂、硝酸酯增塑的聚醚类推进剂。

7.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述步骤s2中的打印料筒具有加热模块，使温度控制在30℃～80℃范围内。

8.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述步骤s3中的切片软件包括simplify3d、cura。

9.根据权利要求2所述的同轴3d打印方法，其特征在于，所述步骤s4中内侧针头和外侧针头的内径尺寸在0.1mm～3mm之间；所述内侧针头为三角形、方形、五角星形、多边形异形结构中的一种，所述外侧针头为三角形、方形、五角星形、多边形异形结构中的一种。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述同轴3d打印方法制得的推进剂，其特征在于，包括逐层叠加的线形材料(7)，所述线形材料(7)是内芯为导热复合材料(1)、外壳为固体推进剂材料(2)的具有核壳结构的线形材料。

技术总结本发明涉及固体推进剂3D打印技术领域，具体公开了一种提高固体推进剂燃速的同轴3D打印方法和推进剂，包括基于同轴3D打印机形成内芯为导热复合材料、外壳为固体推进剂材料的线形材料，并且逐层叠加打印所述线形材料得到推进剂；该方法能实现对最终成型推进剂燃烧速度和能量性能的精准调控；同时，内嵌导热复合材料的方法能够以增加物理导热的方式极大提高固体推进剂在轴向上的燃速。技术研发人员：黄晨,史钰,孙鑫科,石柯,罗聪,付晓梦,黄谱,张鑫鹏,李伟受保护的技术使用者：湖北航天化学技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/2