固体火箭传统浇铸成型依赖模具与芯模，药柱内部结构设计自由度极低，无法实现梯度组分、复杂内型面精准制造；而常规单一光固化推进浆料受铝粉等遮光填料限制固化深度不足，纯热固化浆料打印时极易塌陷、层间粘连，成为推进剂3D打印产业化核心阻碍。该研究采用双固化耦合方案，将紫外瞬时成型与热深度交联结合，兼顾打印坯体保形能力与整体交联密度，为航空航天高能材料增材制造提供完整工艺路线。

传统推进剂成型工艺行业痛点

当前固体推进剂制备分为浇铸成型、单一固化3D打印两条路线，均存在难以调和短板，直接限制DIW浆料直写在含能材料领域应用：

1. 浇铸工艺模具约束强：必须定制对应模具芯模，复杂冷却、变燃速内结构无法一体成型，研发迭代周期长、材料损耗大；

2. HTPB异氰酸酯浆料短板明显：仅能依靠后期长时间热交联，打印过程无定型支撑，高层高结构直接坍塌，且浆料混合后几小时内粘度持续上涨，打印稳定性极差；

3. 单一UV固化体系缺陷：铝粉金属填料遮挡紫外光线，打印厚件深层无法固化，仅能制备薄型试样，无法满足火箭药柱尺寸需求；

4. 浆料固含量上限低：现有光热杂化浆料固含量普遍低于60wt%，能量密度不足，难以匹配现役推进剂性能指标。

图：改装型紫外辅助DIW挤出打印平台，铂邦可配套同款UV原位固化模块实现同步光定型挤出成型

双固化推进剂浆料全套调配工艺

论文选用聚氨酯二丙烯酸酯为基体树脂，搭配双引发剂构建纯自由基双固化体系，完全摒弃易失活异氰酸酯组分，浆料预处理、真空脱泡流程适配铂邦DIW设备行星搅拌单元：

1. 粘结剂预混：BAPO光引发剂+AIBN热引发剂先溶于HDDA活性稀释剂，超声完全溶解后与EBE230树脂均匀共混，避免引发剂团聚沉降；

2. 氧化剂粉体分级：采用90μm细颗粒+200μm粗颗粒双峰高氯酸铵复配，提升粉体堆积密度，最高实现70wt%固相填充；

3. 金属燃料添加：10wt%微米铝粉配方同步开发，用于提升推进剂能量输出，严格控制粉体分散避免遮光团聚；

4. 浆料混料脱泡：分段行星高速搅拌，同步完成真空脱泡消除微小气泡，规避打印件内部气孔、燃烧异常缺陷；

5. 流变调控：浆料具备标准剪切变稀、高屈服应力特性，1.6mm喷嘴稳定挤出，打印线条静置无塌陷流淌。

DIW挤出与分段固化完整流程

整套成型分为原位紫外预固化、惰性气氛热后固化两大阶段，依托DIW浆料直写分层制造实现无模具药柱制备：

1. 挤出打印参数：14号锥形喷嘴，单层打印高度0.5mm，打印速度匹配UV灯350mW/cm²辐照强度，每一层挤出同步紫外辐照瞬时定型；

2. 湿坯管控：打印全程无需避光短时间存放，浆料粘度无明显漂移，可连续批量制备拉伸、燃烧标准试样；

3. 热固化工艺：全部打印件转入氩气保护烘箱90℃保温24h，热引发剂持续分解完成深层交联，弥补铝粉造成紫外穿透不足问题；

4. 对照组制备：相同浆料直接浇筑模具，同等热固化条件成型，用于对比挤出成型与传统工艺材料性能差异。

图：无铝、含铝两类打印/浇铸长条燃烧试样，DIW挤出成型坯体轮廓规整，无塌陷、分层缺陷

成型件综合性能对比分析

从交联结构、力学强度、热分解、燃烧四大维度对比打印件与浇铸件，验证DIW工艺不会破坏推进剂核心使用性能：

1. 交联密度：打印、浇铸基体交联密度差值仅5%，玻璃化转变温度基本一致，双固化体系热交联可弥补表层光固化差异；无铝打印件拉伸强度、断裂伸长优于浇铸样，铝粉体系因紫外穿透受限，两类工艺力学性能趋于等同；

2. 热分解特性：DSC/TGA测试显示，无论打印还是浇铸试样，AP晶型转变、两级放热分解温度完全重合，成型方式不改变材料热反应路径；

3. 燃烧速率：1.72~6.89MPa多压力下，同配方打印、浇铸推进剂线性燃速几乎无偏差，压力指数处于0.54~0.60区间，符合固体推进剂标准燃烧规律；

4. 密度特性：打印件理论密度占比与浇铸件接近，内部孔隙水平相当，证明DIW分层挤出不会引入额外孔隙缺陷。

图：四类推进剂燃烧速率随压力变化曲线，DIW成型样品燃烧性能与传统浇铸工艺完全等效

工艺科研落地适配价值

该双固化DIW工艺打通高能含能材料无模具增材制造路径，解决传统单一固化体系多层成型瓶颈，可直接移植至铂邦UV复合DIW 3D打印设备开展相关课题研究：

1. 变燃速梯度药柱研发：可沿打印路径分区调控铝粉、氧化剂配比，一体成型梯度结构推进件，传统浇铸无法实现；

2. 小型火箭、脉冲发动机异形药柱快速迭代，省去模具开模周期，大幅缩短配方验证周期；

3. 高固含量含能浆料开发平台，支持调整粉体级配、双引发剂配比，适配不同能量等级推进剂配方探索；

4. 设备模块化拓展：现有DIW机型可加装同步UV辐照模块，复用原有挤出、真空脱泡、温控硬件，设备改造成本低。

整体工艺规避异氰酸酯短时效短板，浆料可长时间稳定使用，打印复杂高度结构不塌陷，同时成型件燃烧、热安全性能对标成熟浇铸工艺，具备极强科研与小批量试制落地价值。