推进与爆轰技术对能量的需求分为两类：一类要求快速释放形成高压冲击，另一类要求持续燃烧维持推力或热效应。单一含能材料很难同时满足。金属基亚稳态复合体系（如铝热剂）反应温度高、放热量大，但反应速率对颗粒接触状态极为敏感，界面一旦存在间隙，反应便由扩散控制而显著滞后；分子炸药如 HMX 能量密度高、爆轰性能好，但其分解产物与金属组分的耦合往往不充分。
把两者复合的思路并不新，难点在于界面。机械混合难以保证包覆均匀，颗粒间的直接接触面积有限；溶液法虽可改善分散，但对高固含量、高感度体系的操作安全性构成挑战。界面质量直接决定热反应性、增压速率与最终能量输出，这是该领域长期未解的工艺瓶颈。
研究采用声场辅助组装制备 ATC–HMX 复合颗粒，其中 ATC 为 Al/Ti/CuO 三元亚稳态复合体系。声场在液相中产生的空化与微流搅拌作用，使纳米尺度的金属与氧化物组分在 HMX 晶体表面均匀沉积并紧密附着，形成连续包覆层。与机械混合相比，声场组装的界面接触更充分，颗粒间的团聚被有效抑制。
热分析给出了界面改善的直接证据。纯 HMX 在约 280.17℃ 出现吸热熔融峰，随即在 285.17℃ 进入快速放热分解；而 ATC–HMX 复合颗粒的熔融峰消失，起始分解温度提高至约 240℃，并呈现三个分离的放热阶段——第一阶段对应 HMX 分解，随后在 450–950℃ 区间出现两个持续放热阶段，主要归属 ATC 的反应。热重曲线显示先失重（HMX 分解）后增重（Al/Ti 被 CuO 及 HMX 分解产物氧化），说明两组分在升温过程中形成了连续的氧化还原耦合。
熔融峰消失这一细节值得注意。它意味着 HMX 在熔化之前即被包覆层引导进入分解路径，分解机制由"熔融介导"转为固相界面主导，这正是界面紧密接触带来的动力学改变。
图1｜ATC–HMX 复合颗粒的制备与形貌（对应原文 Fig. 1）
图2｜复合颗粒热分解行为的同步热分析（对应原文 Fig. 2）
将复合颗粒配制成可打印墨水，需同时满足两个相互矛盾的要求：静态时黏度足够高以防颗粒沉降与组分偏析，挤出时黏度足够低以通过细内径喷嘴。研究采用声学均质化处理墨水，使高固含量的含能颗粒在黏结体系中均匀分散，避免团聚造成的喷嘴堵塞与局部热点。
流变测试显示，墨水在小应变下以弹性行为为主，表现出结构强度；随剪切应变增大进入非线性黏弹区，结构发生不可逆改变，流动性持续提升——这一特征使其适于直写；而在剪切撤除后，黏度恢复至原始高水平，保证沉积后的线形保持。换言之，墨水的可打印性来自"高黏度—剪切变稀—快速恢复"的完整闭环，缺任一环节都会导致断丝或流挂。
对含能体系而言，流变设计还多一层安全约束。挤出过程中的剪切生热、颗粒与喷嘴壁的摩擦都可能成为意外点火的诱因，因此墨水的剪切黏度不宜过高，喷嘴内径与挤出压力的匹配需留出裕度。
图3｜开放与密闭体系中的燃烧性能（对应原文 Fig. 3）
打印样品保持了整体结构完整性，SEM 显示 HMX 与 40ATC–60HMX 之间存在清晰的界面接触，EDS 元素分布证实两组分在打印后未发生宏观偏析。研究通过改变 ATC 与 HMX 的配比（20ATC–80HMX、30ATC–70HMX、40ATC–60HMX、50ATC–50HMX 等）以及打印构型，系统调节能量释放行为。
构型层面，研究实现了丝状与核壳两类结构。丝状结构沿打印路径形成连续的传火通道，核壳结构则在空间上把不同组分分隔，使反应按预定顺序触发。这种"以几何编码反应顺序"的能力，是直写相对传统压装与浇注的核心优势——后者只能得到均匀或简单分层的装药。
图4｜几何约束体系中的燃烧性能（对应原文 Fig. 4）
开放与密闭条件下的燃烧实验显示，打印样品的能量释放呈现明显的阶段性：先是持续燃烧维持火焰，随后出现二次增压，最终形成强火球。三个阶段分别对应 HMX 的快速分解、ATC 的铝热反应与两者耦合后的气相氧化。组分比例的改变会移动各阶段的相对强度与时间尺度。
激光驱动实验进一步揭示了动态响应特性。在高能激光刺激下，复合颗粒的响应速度与纯 HMX 存在显著差异，说明包覆层改变了能量传递路径：ATC 的高热导与快速放热在局部形成热点，加速 HMX 的分解引发。这一机制在装药设计中可用于调节感度与输出之间的平衡。
图5｜高能激光冲击下的快速动态响应（对应原文 Fig. 5）
该工作把含能材料的工艺难点归结为两件事：界面质量与结构精度。声场组装解决前者，直写解决后者，二者共同构成"从颗粒到装药"的连续链条。对设备而言，含能浆料直写与常规 DIW 的差别集中在安全设计：供料系统需防静电、防摩擦生热，料筒与管路的死角必须最小化以避免物料滞留形成局部热点，挤出压力的上限需与浆料感度匹配。
其次是结构精度的价值被放大。在常规装药中，几何误差只影响密度均匀性；在多级释放设计中，几何直接决定反应顺序与增压曲线，丝径偏差或层间错位都可能改变输出波形。因此设备的位置精度与出料一致性，在此类应用中不再是"锦上添花"，而是功能实现的前提。
第三是配方与工艺的耦合标定。墨水的剪切变稀特性与感度之间存在权衡：流动性越好，通常意味着黏结剂比例越高、能量密度越低。找到兼顾可打印性与能量输出的配比窗口，是该类体系走向工程化的关键一步。
需要指出的是，含能墨水直写的安全边界比工艺窗口更早成为约束。声场辅助组装涉及细颗粒的悬浮与包覆，作业过程中存在静电积聚与粉尘扩散的风险，供料与回收环节须做防静电接地与湿式清洁；墨水的固含量与黏度决定了最小可打印线径，而线径过小时燃烧传播的稳定性下降，结构完整性也难以保证。因此工艺开发应把安全评估与性能标定并列推进，而非在配方定型后再行补做。
图6｜打印墨水的制备与流变特性（对应原文 Fig. 6）
图7｜样品的直写成形与微观结构（对应原文 Fig. 7）
图8｜直写样条的燃烧性能与压力输出（对应原文 Fig. 8）
图9｜直写样品的爆轰与能量释放特性（对应原文 Fig. 9）
图10｜多级能量释放的协同作用机理（对应原文 Fig. 10）
能量释放的可调性最终取决于结构参数的协同。线径决定燃烧的传播路径与散热边界，相邻细丝的间距决定火焰是否相互引燃，层间空隙则改变压力波的叠加方式。这些参数并非独立可调：缩小线径可提高燃速但削弱结构强度，增大间距可避免串燃却降低能量密度。因此在设计阶段需以目标输出曲线反推几何组合，而非先定结构再测性能。
该研究以声场辅助组装制备 Al/Ti/CuO 包覆 HMX 的核壳复合颗粒，使熔融峰消失、起始分解温度提升至约 240℃，并经声学均质化配制成剪切变稀含能墨水直写成丝状与核壳构型；打印样品在开放与密闭条件下呈现持续燃烧、二次增压与强火球的多级能量释放，且输出特性可由组分与结构系统调控，为含能材料的"结构—性能"一体化设计提供了可复现的增材制造路径。
铂邦科技是 DIW 浆料直写 3D 打印设备厂家，设备软硬件全栈自研，内置诸多工程算法，可快速构建网格、晶格、二十四面体等平面与三维结构；算法一键生成点阵打印代码，并支持手绘建模，无需 CAD 工程背景。全栈工程师团队，支持你提想法、我们开发算法加硬件。
此外，我们也提供从料筒、针头到挤出模块的全链条通用配件，兼容不同品牌的主流 DIW 设备（不区分设备品牌），并支持整机定制开发与设备升级。
📌 持续跟踪 DIW 前沿？关注「铂邦科技」公众号，获取本文完整配图版、更多文献解读与原创工艺手记。查看全部技术前沿 →
扫码关注，第一时间获取 DIW / DLP / 静电纺丝 3D 打印技术前沿、顶刊解读与设备资讯
微信扫一扫，或长按识别二维码关注
正在加载推荐文章……