[发明专利]一种金属燃料与氧化剂隔离成形的复合固体推进剂的增材制造方法及装置

说明书

本发明公开了一种金属燃料与氧化剂隔离成形的复合固体推进剂的增材制造方法及装置，属于复合固体推进剂制造技术领域，本发明基于隔离成形技术提出隔离增材制造复合固体推进剂药柱的方法，采用一个喷头同轴铺放金属燃料浆料和另一个喷头直接打印氧化剂浆料的方式打印复合固体推进剂，其目的在于利用同轴的方法在金属燃料外包裹光敏预聚物，固化后光敏预聚物作为氧化剂与金属燃料之间物理隔绝界面，保证复合固体推进剂制造过程的安全性。这种方法省去了传统工艺中氧化剂和金属燃料混合的步骤，而且可以根据固体火箭发动机不同的性能要求设计不同的氧化剂与金属燃料的成分配比和结构，不仅可以保证制造过程的安全性，还可以制造出具有复杂结构的复合固体推进剂。

技术领域

本发明属于固体火箭发动机制造技术领域，具体涉及一种金属燃料与氧化剂隔离成形的复合固体推进剂的增材制造方法及装置。

背景技术

复合固体推进剂是固体火箭发动机的核心，为发动机获得推力提供能源与工质，决定了固体火箭发动机的推力性能。

复合固体推进剂制造传统工艺过程包括氧化剂准备、燃料准备与预混、混合、浇铸、固化、脱模与整形。但是，在预混和混合中，氧化剂与金属燃料直接接触，是整个制造过程的不安全隐患，且传统制造工艺无法适应具有复杂结构的复合固体推进剂。

发明内容

针对上述的复合固体推进剂传统制造工艺中氧化剂与金属燃料的混合带来的安全性问题，本发明公开了一种金属燃料与氧化剂隔离成形的复合固体推进剂的增材制造方法及装置，提出了隔离增材制造的方法，不仅保证固体火箭发动机氧化剂与金属燃料在制造过程中的安全，还可以制造出具有复杂结构的复合固体推进剂。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种金属燃料与氧化剂隔离成形的高安全性复合固体推进剂的增材制造方法，在固体推进剂药柱成形制备过程中，分别隔离成形增材制造氧化剂和金属燃料，即将二者隔离成形制造，并构建形成二者间的隔离界面，制造出具有复杂结构的复合固体推进剂。

本发明的上述金属燃料与氧化剂隔离成形的高安全性复合固体推进剂的增材制造方法，包括以下步骤：

S1：根据固体火箭发动机实际所需性能要求，设计复合固体推进剂中氧化剂与金属燃料的成分配比，再根据该成分配比设计出复合固体推进剂中氧化剂与金属燃料成形单元的堆积模式；

S2：根据复合固体推进剂药柱结构，规划隔离成形增材制造的成形路径和工艺参数，并将规划得到的数据导入隔离增材制造设备中；

S3：根据S1设计的氧化剂与金属燃料的成分配比分别配制氧化剂浆料和金属燃料浆料，同时准备光敏预聚物；

S4：采用隔离增材制造设备进行打印时，将金属燃料浆料与光敏预聚物同轴供料通过同轴挤出方式挤出，将氧化剂浆料单独挤出，待一条金属燃料线单元或氧化剂线单元打印完成后，进行光固化成形处理，在金属燃料线单元和氧化剂线单元之间形成隔离界面；

S5：采用层层堆积的方式，重复步骤S4的打印处理直至完成设计的复合固体推进剂的结构打印完成，制得高安全性复合固体推进剂。

优选地，金属燃料浆料是以微米铝粉作为溶质、树脂粘合剂作为溶剂混合而成；氧化剂浆料是将氧化剂材料分散至光敏预聚物中混合而成。

更进一步优选地，树脂粘合剂为端羟基丁二烯等树脂粘合剂。

优选地，金属燃料浆料中金属燃料的固相含量为2％～20％；氧化剂浆料中固相含量为70％～95％。

优选地，所述光敏预聚物为经过改性的具有光固化特性的粘结剂。其作用包括以下两点：一、在光固化系统发出的光的作用下，光敏预聚物会迅速固化；二、作为同轴储料单元的外界面，在同轴铺放且光固化后，与氧化剂线单元隔离。