UV辅助3D打印是固体推进剂无模具成型主流技术路线，但金属铝燃料粉体对365nm紫外光具备极强吸收与散射效应，光线难以穿透厚层浆料，打印件深层无法完全光交联，仅能制备薄型试样，难以满足大尺寸药柱制造需求。现有解决方案多掺杂无机透光助剂，会降低推进剂能量密度；该研究提出粉体表面改性新思路，不额外引入惰性填料，同步解决光固化不足与燃烧效率偏低两大问题。

含铝推进剂DIW打印行业核心痛点

在UV辅助DIW成型高固复合推进剂浆料体系中，微米铝粉带来多重成型与性能缺陷，制约复杂药柱增材制造落地：

1. 紫外光衰减严重：铝金属对紫外波段高吸收，浆料内部光线快速衰减，固化深度随铝添加量大幅下降，20wt%铝体系固化厚度不足0.4mm，无法打印厚层结构；

2. 铝粉燃烧效率低：高温燃烧时铝表面快速生成致密氧化铝壳，隔绝氧气，反应不完全，放热效率大幅降低；

3. 浆料混料易破损：普通改性涂层附着力差，行星搅拌、真空脱泡预处理阶段涂层脱落，失去透光改性效果；

4. 力学性能偏弱：光交联深度不足导致层间结合力差，打印药柱拉伸强度、断裂伸长率偏低，易开裂破损。

图：溶胶凝胶法Al@PTFE粉体完整制备工艺，粉体改性属于DIW浆料预处理前置关键工序，可配套设备粉体分散单元完成

Al@PTFE核壳粉体全套制备工艺

论文采用温和碱蚀预处理+氟橡胶复合PTFE凝胶包覆工艺，制备3~5μm均匀致密外壳，全程无强氧化工序，粉体安全性能可控，适配推进剂浆料预处理标准流程：

1. 铝粉表面碱蚀：稀氨水浸泡去除原生氧化铝薄膜，提升PTFE壳层界面结合力，避免搅拌脱落；

2. 复合凝胶配制：F2311氟橡胶溶解于乙酸乙酯，分散纳米PTFE粉体，形成稳定包覆前驱凝胶；

3. 粉体共混包覆：预处理铝粉与凝胶充分混合，旋转蒸发去除溶剂，250℃真空烘干8h形成致密PTFE外壳；

4. 粉体表征筛选：激光粒度、SEM、EDS检测壳层均匀度，筛选平均壳厚3~5μm合格粉体用于推进剂浆料调配。

高固推进剂浆料调配与DIW挤出工艺

采用二氧化硅模拟氧化剂制备安全替代浆料，固相含量覆盖80/82/84wt%三档，铝添加量5~20wt%梯度配方，整套混料、脱泡、挤出流程匹配铂邦DIW设备高速分散与真空脱泡模块：

1. 光敏树脂基底：PUA+HDDA双丙烯酸体系搭配TPO光引发剂，兼顾粘度与交联效率；

2. 粉体分级复配：粗细二氧化硅57:13复配降低浆料粘度，分别添加纯铝、Al@PTFE粉体做对照组；

3. 浆料预处理：1000rpm高速分散5min，长时间真空脱泡消除内部微气孔，规避打印件内部缺陷；

4. UV辅助挤出成型：1.5mm锥形喷嘴，单层层高1mm，打印同步365nm紫外LED原位辐照，成型后无需二次预固化。

图：粉体称量、分散脱泡、UV辅助DIW挤出成型完整工序，所有步骤均可依托一体化打印设备实现

粉体改性对成型与能量性能提升效果

从透光固化、浆料流变、力学、燃烧四大维度对比纯铝与核壳铝浆料差异，验证PTFE包覆改性对DIW打印的落地增益：

1. 紫外透光显著提升：365nm波段铝粉紫外吸收率从0.263降至0.097，降幅63%；同等20wt%铝添加量下固化深度提升15%；

2. 流变适配性优化：PTFE薄壳轻微降低浆料低剪切粘度，高固82wt%配方挤出流畅度提升，无喷嘴堵塞问题；

3. 力学性能增强：打印拉伸样件抗拉强度提升8%，断裂伸长率接近翻倍，层间交联更充分；

4. 燃烧放热大幅提升：900~1000℃氧化阶段放热达2.19kJ/g，为纯铝三倍，PTFE高温分解刻蚀氧化铝壳，铝充分参与放热反应；

5. 安全稳定性持平：摩擦、撞击、静电感度与纯铝体系差距极小，满足含能浆料3D打印安全操作规范。

图：不同配方浆料流变曲线、固化深度对比，Al@PTFE体系在高铝含量下仍保持良好挤出成型与光固化能力

科研设备落地适配价值

该粉体改性方案完美适配UV复合DIW增材制造平台，无需更换打印主机硬件，仅调整浆料预处理工艺即可直接用于各类含铝推进剂配方研发：

1. 大尺寸药柱打印：解决厚层浆料紫外穿透不足难题，可成型多层大高度异形推进剂结构；

2. 梯度燃速药柱开发：可自由调控铝粉添加比例，无需牺牲固化深度，一体成型变燃速梯度结构；

3. 高固相配方探索：支持84wt%超高固含量推进剂浆料挤出，贴近现役固体推进剂能量指标；

4. 模块化工艺拓展：现有DIW设备搭配原位UV辐照模块即可复现整套工艺，粉体包覆预处理可配套搅拌设备离线完成。

整体方案不引入惰性降能填料，同步解决成型与能量两大矛盾，大幅拓宽UV辅助DIW在航空固体推进剂领域的配方适配范围。