引用論文

Kai Miao, Min Tang, ZichenWang, Shixiong Song, Jiawei Shi, Yang Ran, Shuang Gao, Heng Xue, Dichen Li, Quanbin Ren. Additive manufacturing of solid propellants: Exploring the frontier of solid propulsion systems. Additive Manufacturing Frontiers, Volume 4, Issue 4, 2025, 200263.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2025.200263.

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1研究現(xiàn)狀

固體推進劑是火箭等空天飛行器的重要動力源，其性能決定固體動力的發(fā)展水平。近年來，固體推進劑增材制造研究持續(xù)推進，主要圍繞光固化、粘結(jié)劑噴射與材料擠出三類工藝展開，并已實現(xiàn)梯度組分、復雜異型、多孔結(jié)構(gòu)等傳統(tǒng)工藝難以制備的藥柱形態(tài)。該技術(shù)的應(yīng)用將顯著提升推進劑的設(shè)計與制造能力，為智能可控固體動力的實現(xiàn)提供新的技術(shù)路徑。

2研究難點或瓶頸

固體推進劑增材制造在材料適配、成形工藝與過程安全方面仍存在以下關(guān)鍵瓶頸：

（1）光固化受黏度與流動性約束，高固相體系適配性差，且固化效率與成形尺寸受限；

（2）粘結(jié)劑噴射依賴粉末堆積，受限于堆積密度，難以獲得高致密結(jié)構(gòu)；

（3）擠出成形雖可實現(xiàn)高固相與大尺寸藥柱，但成形精度相對較低；

（4）三類工藝均需應(yīng)對推進劑對溫度、壓力及靜電刺激的高敏感性，實現(xiàn)能量水平、工藝窗口與安全邊界之間的可控平衡仍是核心挑戰(zhàn)。

3展望

未來固體推進劑增材制造的發(fā)展應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料體系與專用裝備三方面協(xié)同推進。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計層面，借助增材制造實現(xiàn)從宏觀藥柱幾何到微觀組分分布的同步可控，使多尺度耦合設(shè)計成為可能，從而支撐可控燃速與智能化推力輸出；

（2）在材料層面，需要構(gòu)建高能、低敏、低黏度的新型樹脂體系，以兼顧能量水平與成形性能；

（3）在裝備層面，應(yīng)形成高安全性的推進劑增材制造平臺，具備基于人工智能的溫—壓—靜電多物理場實時監(jiān)測與智能工藝調(diào)控能力，以支持大尺寸、復雜藥柱的安全高效成形。

總體而言，增材制造技術(shù)將促進固體動力向材料—結(jié)構(gòu)—工藝一體化、智能化與可控化方向加速演進。

4代表性圖片

圖1. 固體推進劑增材制造技術(shù)示例

圖2. 粘結(jié)劑噴射成形固體推進劑原理及示例

圖3. 光固化成形固體推進劑原理及示例

圖4. 擠出成形固體推進劑原理及示例

圖5. 論文聯(lián)合研究團隊采用擠出成形制備復雜結(jié)構(gòu)固體推進劑藥柱

5作者或團隊研究方向介紹

含能材料增材制造技術(shù)、陶瓷基復合材料增材制造技術(shù)、金屬增材制造技術(shù)。

關(guān)于團隊

作者介紹

李滌塵（團隊帶頭人），西安交通大學機械工程學院特聘教授，主要從事增材制造與生物制造方向研究，中國機械工程學會增材制造（3D打?。┓謺偢墒?。獲得國家“新世紀百千萬人才工程”、中國青年科技獎、獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎和國家科技進步二等獎，獲得首屆“全國創(chuàng)新爭先”獎狀。

苗愷（第一作者），副研究員，擔任陜西省快速制造工程技術(shù)研究中心副主任，某重大工程項目技術(shù)副總師，中國空天動力聯(lián)合會先進制造及材料技術(shù)青年委員會副主任，Additive Manufacturing Frontier期刊首屆青年編委。主要從事空天動力復雜構(gòu)件先進制造技術(shù)研究，主持自然科學基金、裝發(fā)預研領(lǐng)域基金、裝發(fā)慧眼行動項目、科工局基礎(chǔ)科研等國家級項目/課題7項，并作為骨干成員參與國家973、科技重大專項等科研項目。獲陜西省高等學校科學技術(shù)一等獎，中國空氣動力學會科學技術(shù)二等獎各1項。在Journal of Materials Science & Technology、Additive Manufacturing等國內(nèi)外權(quán)威期刊發(fā)表學術(shù)論文40余篇，授權(quán)專利29項，獲軟件著作權(quán)2項，出版專著1部。

近年團隊發(fā)表文章

[1]Sheng Huang, Qingyu Li, Xiaoyu Zhang, Bin Cu, Dichen Li, Anfeng Zhang, Kai Miao#.Improving the ductility of laser directed energy deposited borated stainless steel by increasing laser power[J].Journal of Manufacturing Processes, 2025:145.

[2]Leilei Wang, Zhiqiang Tong, Facheng Song, Wencheng Yin, Ling Wang, Kai Miao#, Dichen Li. Controllable Energy Absorption Design and 3D Printing of High Energy Absorbing Biomimetic Double-Layer Impact-Resistant Structure[J]. Additive Manufacturing Frontiers, 2025: 200193.

[3]Kai Miao, Wenliang Xu, Fusheng Cao, et al. Casting of film-cooling holes for single-crystal baldes[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2023, 27:4317-4327.

[4]KaiMiao, Liangjie Liu, Jiwei Cao, et al. Zero sintering-induced shrinkage of porous oxide ceramics[J]. Journal of Materials Science & Technology, 2023, 159: 184-193.

[5]Sai Li, Haitian Zhang, Yu Han, Zhongliang Lu, Kai Miao#, et al. Thermally assisted extrusion-based 3D printing of continuous carbon fiber-reinforced SiC composites[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2023: 107593.

作 者：苗 愷

責任編輯：李 娜

責任校對： 金 程

審 核： 張 彤

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