復(fù)合固體推進劑增材制造技術(shù)研究進展①

呂 碩 ，強洪夫 ,劉 英

(1.火箭軍工程大學，西安 710025； 2.西安航天信息研究所，西安 710025； 3.西安航天新宇機電設(shè)備有限公司，西安 710000)

0 引言

復(fù)合固體推進劑作為含能材料的一種，廣泛應(yīng)用于固體火箭及各類戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器裝備中。在3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用含智能可編輯元素的材料后，進一步可實現(xiàn)復(fù)合固體推進劑的4D打印[1-4]，這在復(fù)合固體推進劑的設(shè)計、制造和試驗領(lǐng)域具有很強變革性。增材制造技術(shù)(3D打印技術(shù))，是由打印物體的三維數(shù)字模型數(shù)據(jù)驅(qū)動打印設(shè)備，將顆粒狀、線材、粉末或漿料等材料逐層堆積成實物的技術(shù)[5-7]。增材制造技術(shù)按照成型特點可分為7類，即材料噴射、材料擠出、粘合劑注射、立體光聚合、粉末燒結(jié)、薄片層疊及指向性能量沉積技術(shù)[7-9]。將增材制造技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合固體推進劑的設(shè)計和生產(chǎn)，將會有如下優(yōu)點[10-12]：(1)解決傳統(tǒng)復(fù)合固體推進劑混合-澆注-固化-脫模-整形工藝中存在的藥柱性能受藥型結(jié)構(gòu)的約束，通過打印復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如梯度裝藥)，實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機(SRM)的變推力；(2)解決生產(chǎn)工藝周期長問題，提高藥柱設(shè)計-制備-試驗的效率，為實現(xiàn)工業(yè)4.0智能裝藥奠定基礎(chǔ)；(3)減少傳統(tǒng)工藝及工藝間產(chǎn)品運輸?shù)戎T多危險點，且通過隔離操作，減少人員與藥漿、藥柱和發(fā)動機的接觸時間，有效提高生產(chǎn)安全性；(4)有望實現(xiàn)藥柱、襯層、絕熱層、殼體、噴管等其他組件進行原位一體成型打印，減少零部組件的裝配，提高固體火箭發(fā)動機的可靠性。

為加快推進復(fù)合固體推進劑增材制造在工業(yè)上的應(yīng)用，需解決兩個重要難題：復(fù)合固體推進劑增材制造設(shè)備及相應(yīng)工藝方法，以及適用增材制造的推進劑配方體系。對于金屬等部件的增材制造，國內(nèi)外已有廠商研發(fā)出適用性強的商用打印設(shè)備，而對于復(fù)合固體推進劑，因其能量處于亞穩(wěn)定狀態(tài)，對溫度控制要求高，且配方體系粘度高，打印成型過程中存在化學交聯(lián)和應(yīng)力釋放。因此，必須將增材制造設(shè)備及工藝方法，和配方體系綜合考慮，解決這兩個難題。

本文梳理了國內(nèi)外適用于增材制造的復(fù)合固體推進劑、增材制造工藝及設(shè)備的研究現(xiàn)狀，總結(jié)當前增材制造推進劑、工藝和設(shè)備的研究趨勢、重點和熱點，為復(fù)合固體推進劑盡早實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用提出研究建議。

1 增材制造用熱固性復(fù)合固體推進劑

CHANDRU[13]等研制出一種適用于材料擠出成型的復(fù)合固體推進劑配方，藥柱形狀如圖1所示。

(a) Cross-section of CAD designed grain

經(jīng)過實驗性能測試驗證，3D打印藥柱性能與傳統(tǒng)澆注藥柱相比差距較小。實驗表明，在無任何支撐結(jié)構(gòu)的條件下，該配方能夠打印高100 mm、直徑24 mm的未固化藥柱；高度超過100 mm時，藥柱因自重出現(xiàn)彎曲變形。通過自制擠出成型設(shè)備打印出沿縱向密度不同、燃速不同的藥條。從圖2可知，填充密度為100%的燃燒速率與傳統(tǒng)澆注藥條燃燒速率相當，而且燃燒速率隨著藥條的填充密度減小而增大。此方法可用于通過控制復(fù)雜藥柱的孔狀形狀和結(jié)構(gòu)分布來精確設(shè)計推進劑的燃燒速率和推力曲線。

圖2 3D打印多孔推進劑藥條及藥條燃速[13]

MCCLAIN團隊[14]研發(fā)出固含量85%的HTPB型和紫外光固化聚氨酯型推進劑配方，其中HTPB型推進劑含聚丁二烯樹脂72.25%，塑化劑異癸壬酸鹽15.05%，鍵合劑1.53%，固化劑異佛二酮二異氰酸酯8.27%，高氯酸銨AP(粗粒60～130 μm，細粒20 μm)(粗細級配50∶50)；紫外光固化聚氨酯型推進劑中聚氨酯占體積76%。推進劑各組分混合成藥漿后，采用帶高振幅超聲振動器噴嘴材料擠出增材制造系統(tǒng)[15]進行藥條打印，如圖3所示，圖中黑洞為孔隙。

(a)Cross-section of 3D-printed HTPB propellant strands (b)Cross-section of cast HTPB propellant strands

由圖3(a)、(b)可看出，HTPB型推進劑打印藥條的孔隙率低于澆注藥條；由圖3(c)、(d)可看出，紫外光固化樹脂型推進劑打印藥條的孔隙率低于澆注藥條，且紫外光固化樹脂型推進劑藥條的孔隙率低于HTPB型推進劑藥條。

MCCLAIN等[14]還對不同燃速配方梯度裝藥的打印藥條與澆注藥條燃燒表面進行研究。固定推進劑配方和環(huán)境壓強下，藥柱隨著燃燒的進行，燃面形狀變化為平面-U型-V型，得出結(jié)論藥柱的外層燃速較內(nèi)層低。

試驗得出，澆注藥條在壓強200 psi時燃燒穩(wěn)定，燃燒表面呈W形狀，而壓強高于500 psi時出現(xiàn)不同燃速配方澆注層之間的竄火；不同燃速配方打印藥條在1500 psi時燃燒表面出現(xiàn)U型，且加入燃速調(diào)節(jié)劑的打印藥條，其燃燒表面最后形成V型。

藺向陽等[17]通過24項實驗，以紫外光固化輔助粘合劑和傳統(tǒng)丁羥等主粘合劑，通過調(diào)節(jié)配方組分組成以及打印厚度、噴嘴直徑等工藝參數(shù)，可以制備出力學性能和密度較好的藥。王偉等[18-19]將傳統(tǒng)復(fù)合固體推進劑利用其具有加熱功能的增材制造系統(tǒng)擠壓成型，并對藥柱性能進行分析，為改進打印效率，提出溫敏時變推進劑，主要是在傳統(tǒng)配方加入溫敏添加劑，即乙烯-乙酸乙烯共聚物(質(zhì)量百分比15%～45%)、飽和甘油三酸酯，或這兩種組分的混合物。

張亮等[20]為驗證復(fù)合固體推進劑增材制造的可行性，采用光固化劑代替HTPB制成復(fù)合固體推進劑藥漿，并在其開發(fā)的擠出成型增材制造系統(tǒng)上完成打印，從概念上驗證材料擠出增材制造系統(tǒng)能夠打印復(fù)合固體推進劑,崔敏[21]設(shè)計并合成光固化聚氨酯丙烯酸酯粘合劑體系，固化時間小于12 s，固化后收縮率小于3.6%，粘度低至3900 mPa·s，抗拉強度不小于5.9 MPa，最大伸長率不小于310%；采用該粘合劑與鋁粉制成復(fù)合固體推進劑假藥藥漿，通過單噴頭螺桿式擠出3D打印機制成藥柱，初步證實可實現(xiàn)固含量75%的藥柱打印。

王偉等[22]采用RS為粘合劑，Al為燃料，AP為氧化劑，設(shè)計一種固含量80%的熱塑性巧克力型推進劑配方，并通過擠出設(shè)備制成藥棒。該配方的藥漿粘度可調(diào)，在85 ℃以下有較高的熱穩(wěn)定性，安全性好，能量中等，且與AP、Al 相容性好。

張婷婷等[23]針對光固化立體打印成型技術(shù)(SLA)研究出一種推進劑配方，其中含16%～30%能光敏樹脂體系(含硝基的雙官能度環(huán)氧丙烯酸樹脂)、10%～30%活性稀釋劑(三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA))，1%～6%光引發(fā)劑(2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦)，1%～5%助劑(消泡劑或流平劑)，57%～68%高氯酸銨和13%～18%鋁粉。配方組分經(jīng)混合和真空脫泡后成SLA打印藥漿(粘度可調(diào))，通過波長355 nm光打印藥柱后，經(jīng)后處理和后固化成型，其力學性能和致密性較好。

BROWN[24]對光固化復(fù)合固體推進劑藥柱的缺陷進行實驗和建模研究。以聚乙二醇二丙烯酸酯為粘合劑(20%)，2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基氧化膦為光引發(fā)劑(0.7%)，氧化劑為高氯酸銨(64.3%)，燃料為鋁粉(15%)為配方，經(jīng)混合和預(yù)固化后，采用擠出設(shè)備打印出藥柱。藥柱中出現(xiàn)微尺度和中尺度孔隙，原因是打印層間分離和由于粘合劑不濕引起的固液相間分離。建模和試驗對比分析方法是研究力學性能等課題的重要方法，但從缺陷的產(chǎn)生機理分析，每種缺陷(裂紋、孔洞、夾雜)都有不同的建模，很難統(tǒng)一到一個模型，且缺陷的產(chǎn)生也需充分考慮材料本身性能和3D打印工藝因素。因此，對材料準備、藥柱固化成型和試驗進行全流程建模，從整體上分析3D打印藥柱性能和缺陷產(chǎn)生機理，是未來潛在的研究方向。

激光燒結(jié)型推進劑配方設(shè)計很有局限性，這是因為常見的復(fù)合固體推進劑氧化劑AP分解溫度為130 ℃，而爆炸溫度為380 ℃，在與金屬粉末接觸時沖擊感度增加[25]。激光燒結(jié)的高溫不僅容易引起組分的分解，更有可能造成安全事故。因此，激光燒結(jié)推進劑打印設(shè)備和配方，除蔗糖-硝酸鉀復(fù)合推進劑之外，研究較少。

2 固體推進劑增材制造工藝

藺向陽等[26]為實現(xiàn)熱塑性固體推進劑的增材制造，通過添加溶劑降低藥漿粘度，在成型過程中，又通過熱風將溶劑帶走，從而固化成型。這種工藝方法還需進一步考慮溶劑揮發(fā)后，對藥柱孔隙率和力學性能的影響。

MCCLAIN等[14]針對HTPB型推進劑，待固化劑加入后2 h內(nèi)，可觀察到藥漿粘度變化較大導(dǎo)致噴嘴流速變化，從而引起藥漿過度沉積或沉積不足；自加入固化劑3 h后，噴嘴流速均勻一致；23 h后，藥漿開始交聯(lián)硬化；30 h后，固體形態(tài)較穩(wěn)定；在60 ℃烘箱內(nèi)放置3 d完成固化。紫外光固化聚氨酯型推進劑采用的粘合劑對空氣穩(wěn)定，不易老化，制備后可放置數(shù)天，其藥條可在紫外光下放置30 min完成固化。此外，MCCLAIN團隊通過實驗得出：低光照強度下，365 nm和395 nm的波長對固化深度無顯著影響；在高光照強度下，光照強度和波長對固化深度均有影響，且光照強度影響較大?？傮w上，此類推進劑的光固化深度比3D打印藥層的厚度大，且含15%鋁粉的推進劑藥柱，無明顯打印界面。在3D打印工藝技術(shù)上，如果光固化能量過低，3D打印藥柱存在坍塌的可能；如果光固化能量過高，在固化最上面一層藥漿時，對下一層藥漿甚至是下兩層藥漿進行再固化，導(dǎo)致3D打印每層藥柱的固化時間和固化程度不一致，對藥柱力學和燃燒等性能產(chǎn)生影響，因此控制光固化能量一直該領(lǐng)域的研究熱點。通過增加避光裝置，以確保3D打印的每層藥柱受到同等光照能量的固化，是未來潛在的研究方向。

3 固體推進劑增材制造設(shè)備

目前，國內(nèi)外對適用于復(fù)合固體推進劑增材制造的專用設(shè)備均有深入研究，特別是材料擠出、熔融沉積、激光燒結(jié)成型系統(tǒng)?？紤]到復(fù)合固體推進劑的能量不穩(wěn)定性、生產(chǎn)溫度控制要求高等特點，國內(nèi)外對材料擠出成型增材制造系統(tǒng)研究較多。

3.1 材料擠出增材制造

MATTHEW等[12]研發(fā)出適用于復(fù)合推進劑藥柱增材制造的3D打印系統(tǒng)，見圖4。

圖4 復(fù)合固體推進劑3D打印系統(tǒng)[12]

該系統(tǒng)將預(yù)固化的推進劑擠出或通過花板逐層打印出來。預(yù)固化的藥漿在沉積完后快速固化成型。復(fù)合固體推進劑藥漿預(yù)混后，再加入固化劑混合成預(yù)固化藥漿，在打印頭擠出過程中加熱至不低于固化溫度，這樣確保推進劑藥漿擠出后且未冷卻前快速固化。該3D打印系統(tǒng)從預(yù)混、混合到最后沉積固化，明顯縮短固化時間，且最大限度減少處理藥漿和藥柱的必要性，提高了操作安全性。

如圖4所示，混合鍋1是將粘合劑、燃料、氧化劑等除固化劑之外所有組分進行預(yù)混合的混合鍋，所有組分通過各自管線按照設(shè)定的不同速度給料，預(yù)混后的料件進入混合鍋2，加入一定量固化劑后進行混合，混合后的藥漿進入打印頭，其上的加熱器將對未擠出藥漿加熱進行預(yù)固化，藥漿達到要求的預(yù)固化程度后通過噴嘴擠出，逐層打印并固化后形成打印藥柱。若固化劑可在混合鍋1中加入，則該系統(tǒng)可將預(yù)混和混合兩個過程在一個混合鍋中完成，打印環(huán)節(jié)將省去混合鍋2這一設(shè)備。所有組分的給送管道由閥門、電機等控制；粘合劑可以是HTPB、CPTB等，也可加入鍵合劑、固化催化劑、燃速調(diào)節(jié)劑等液體組分；燃料可以是鎢、鎂、銅、鋁等金屬(氧化物)粉末；氧化劑可以是高氯酸基、硝酸基、硫酸基氧化物；固化劑可以是固化助劑，如(改性)異氰酸酯、(改性)二異氰酸酯。打印噴頭或花板可通過鎖扣、螺紋等方式安裝一組噴嘴(直徑0.3～0.7 mm)，繞其中心軸轉(zhuǎn)動，其大小形狀可不同，用以控制推進劑擠出速率。加熱器與噴嘴組裝成打印噴頭，加熱器可通過電阻絲加熱，也可通過一定溫度的熱流管道加熱，輔之以入口溫度傳感器控制預(yù)固化熱量的輸入，進而控制藥漿預(yù)固化程度達到55%～97%，且同時預(yù)固化溫度低于自燃和組分分解溫度。藥漿預(yù)固化時間，可通過擠出前端加壓-后端負壓、溫度控制、管線直徑、材料粘度調(diào)節(jié)等方法控制。

藺向陽等[17]研發(fā)出一種復(fù)合固體推進劑紫外光固化成型系統(tǒng)，其特點是在擠出噴頭處設(shè)一紫外光源進行藥漿預(yù)固化，實質(zhì)上是對材料擠出系統(tǒng)的優(yōu)化，有助于實現(xiàn)含光敏劑復(fù)合固體推進劑的3D打印。推進劑各組分(光敏樹脂、主粘合劑、燃料、氧化劑、固化劑、燃速調(diào)節(jié)劑等其他小組分)經(jīng)混合為藥漿后，通過螺桿或活塞將其輸送至打印噴頭，藥柱的三維數(shù)字模型經(jīng)切片處理后控制打印噴頭按照設(shè)定路線將藥漿連續(xù)擠出，層層堆疊(0.05～1.0 mm)，同時由光纖將紫外光(強度0.2～20 mW/cm2)輸送至噴頭處(0.3～3.0 mm)，實現(xiàn)擠出藥漿與預(yù)固化同步進行，最后將打印的預(yù)固化藥柱置于恒溫烘箱中進行保溫固化成型。藺向陽等[27-30]還研發(fā)出一種具有旋轉(zhuǎn)打印平臺的3D打印機，該方法能有效提高藥柱軸向與徑向的力學性能。旋轉(zhuǎn)打印平臺為圓筒，由步進電機驅(qū)動，打印噴頭由另外兩個電機驅(qū)動軸向和縱向運動，打印噴頭可在圓筒內(nèi)或圓筒外。打印噴頭的運動由藥柱三維模型切片生成的G代碼控制。

王偉等[31]研究出一種熱固性復(fù)合固體推進劑打印系統(tǒng)，其特點是擠出噴頭具有加熱功能，對藥漿進行預(yù)熱，在噴頭處提供熱風進行預(yù)固化，且在擠出時進行加壓。預(yù)熱溫度范圍為45～65 ℃，熱風溫度為45～65 ℃，擠出壓力0.1～5.0 MPa。推進劑層層堆疊(層厚0.05～1.0 mm)后，將預(yù)固化的藥柱置于油浴烘箱(30～50 ℃)中5～7 d固化成型。

GUNDUZA等[14-15]對材料擠出系統(tǒng)的優(yōu)化在于將帶有高振幅超聲振動器的噴嘴引入3D打印系統(tǒng)，通過其產(chǎn)生的慣力可顯著降低流體的內(nèi)壁摩擦力和應(yīng)力，從而打印高粘度材料產(chǎn)品。研究人員將可氣動操作的低密度聚丙烯噴嘴與超聲波PZT換能器-鋼探針組裝成噴頭。鋼探針與噴嘴具有相同的共振頻率，即30 kHz，鋼針振幅可達20 μm。為確保噴嘴最大升溫低于30 ℃，在引入風扇的同時，還設(shè)置振動空占比為50%～80%。此外，為精確控制流速，對藥漿采取加壓。這一系統(tǒng)能夠打印高固含量、極高粘度推進劑藥漿，如含金屬推進劑、混有顆粒的固液混合藥柱、聚合物鍵合含能材料等。實驗證明，該系統(tǒng)能夠打印粘度高達9000 Pa·s 的軟陶和14 000 Pa·s的軟糖。

3.2 熔融沉積增材制造

JEREMY等[32]研發(fā)出一種將復(fù)合固體推進劑的氧化劑與燃料按照一定量或比例分別使用熔融沉積法(FDM)打印在每層各自區(qū)域的方法，如圖5所示。

圖5 3D打印藥柱側(cè)視圖與界面圖[32]

根據(jù)燃料區(qū)和氧化劑區(qū)的分布和大小可以在不同時間不同位置調(diào)節(jié)燃燒性能，使燃氣在流過通道時達到超音速，因此，這種打印方法能夠打印出無噴管的固體火箭發(fā)動機。氧化劑與燃料區(qū)的大小在0.1 mm數(shù)量級，這能夠滿足裝填燃料與氧化劑(顆粒大小600 μm)的要求，且通過裝填大顆粒，然后裝填小顆粒的方法盡可能高地提高裝填密度。燃料絲材可為熱塑性材料本身，如聚乳酸、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)，或在此基礎(chǔ)上混入金屬粉末制成絲材；氧化劑也可在上述熱塑性材料的基礎(chǔ)上添加硝酸基、高氯酸基氧化劑制成的不同絲材。

3.3 激光燒結(jié)增材制造

CAMERON等[11]開發(fā)出適用于蔗糖-硝酸鉀復(fù)合固體推進劑打印的激光燒結(jié)成型(SLS)設(shè)備。該系統(tǒng)包括4個子系統(tǒng)，即滅火水系統(tǒng)、CO2激光器、粉末床系統(tǒng)、軟件和電子集成系統(tǒng)。激光器的工作原理是將40 W高功率CO2激光從兩個鏡面上直接反射到透鏡上，透鏡再將激光聚焦成光束，用于燒結(jié)材料。透鏡的位置由沿著激光器長和寬方向上安裝的直線導(dǎo)軌精確控制。為實現(xiàn)SLS系統(tǒng)Z軸的控制，在激光器下方增加粉末床機構(gòu)。粉末床機構(gòu)有3個運動部件，即燒結(jié)區(qū)活塞、儲存區(qū)活塞和耙機構(gòu)。燒結(jié)區(qū)和儲存區(qū)有足夠的固體火箭推進劑粉末，考慮到粉末傳送過程中的損失，燒結(jié)區(qū)活塞和儲存區(qū)活塞在每個周期開始時分別向上移動1.5 mm和2.0 mm，以提供至少133%的粉末材料，覆蓋全部打印區(qū)域。耙機構(gòu)待另外兩個運動部件移動到位后，將儲存區(qū)粉末均勻刮至燒結(jié)區(qū)。多余的粉末被刮至下面的有害物質(zhì)收納箱。耙機構(gòu)到達粉末床另一側(cè)后，自動移回至初始位置。從安全角度考慮，SLS系統(tǒng)還需集成一個水系統(tǒng)，其置于打印區(qū)域上方大約3英尺處，以便在出現(xiàn)火災(zāi)時快速滅火和沖洗殘渣。除水系統(tǒng)外，SLS系統(tǒng)又集成生命安全系統(tǒng)，主要由紅外溫度傳感器和CO檢測器組成。在打印過程中，為解決“揚塵”問題，在整個系統(tǒng)周圍搭建一框架，且用布遮蓋，再與激光器連接兩個風扇，將顆粒吹至排風口，最終排放到通風櫥。

3.4 其他打印技術(shù)

國內(nèi)外研究人員[33-36]采用噴墨打印技術(shù)將微米級炸藥噴射至管件、薄膜，或用含能墨水制備出含能復(fù)合物。通過試驗表明，3D打印的炸藥或含能復(fù)合物，感度、爆轟速度明顯改善。由于噴墨打印技術(shù)要求藥漿的粘度較低，因此，對于高固含量的復(fù)合固體推進劑，采用噴墨打印技術(shù)打印的局限性很突出，但可將這一技術(shù)應(yīng)用于微型點火器、燃燒裝置的打印。

4 對復(fù)合固體推進劑增材制造技術(shù)的思考

通過對增材制造用復(fù)合固體推進劑配方和藥柱性能、藥柱打印工藝及增材制造系統(tǒng)的梳理，認為國內(nèi)外對這一領(lǐng)域均有深入研究，但總體不夠。

CHANDRU研發(fā)的推進劑藥漿為傳統(tǒng)復(fù)合固體推進劑藥漿，而國內(nèi)外其他研究人員較多聚焦于HTPB型復(fù)合固體推進劑的改性研究與熱塑性復(fù)合固體推進劑熔融沉積成型方面，認為前者已積累大量工程應(yīng)用經(jīng)驗，改良后的配方能夠迅速應(yīng)用于工業(yè)實踐中，而后者基于熱塑性特點和FDM成型特點，藥柱打印成本經(jīng)濟可控，前景較好。因此，這兩類推進劑配方的設(shè)計和藥柱性能的提升，將仍是主流方向。

由于增材制造技術(shù)在復(fù)合固體推進劑制備方面還處于研究階段，并未實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，3D打印工藝的研究較少。國內(nèi)外研究人員對如何確保藥漿粘度適合打印，藥漿如何實現(xiàn)預(yù)固化(紫外光預(yù)固化或熱預(yù)固化)，藥漿如何后固化等方面均進行研究，但并不深入。目前，光固化復(fù)合固體推進劑的研究較熱，但對藥柱的紫外光預(yù)固化程度的研究僅限于固化深度，而未對如何避免固化層的過固化進行研究，或如何實現(xiàn)紫外光固化在整體藥柱結(jié)構(gòu)中均勻性進行研究，從而提高藥柱整體力學性能。

相比熔融沉積和激光燒結(jié)增材制造成型方式，材料擠出增材制造成型方式更接近傳統(tǒng)復(fù)合固體推進劑的澆注-固化成型工藝，也更適于復(fù)合固體推進劑3D打印，其主要原因是藥柱成型所需的藥漿均為高粘度非牛頓流體，且無需高溫處理，安全性相對較高。國內(nèi)外對材料擠出增材制造系統(tǒng)均有研究，且為了改善復(fù)合固體推進劑藥漿的流動性，控制藥漿擠出速度，提高藥漿成型效率，對材料擠出增材制造系統(tǒng)的噴嘴添加加熱功能，包括熱水循環(huán)、電阻絲等；添加預(yù)固化功能，包括紫外光、熱風等；添加應(yīng)對高粘度配方擠出的功能，包括超聲高幅振動器、噴嘴上下游加壓等。特別要強調(diào)的是，MATTHEW團隊研發(fā)的系統(tǒng)與目前傳統(tǒng)HTPB型推進劑澆注固化系統(tǒng)高度相似，可操作性更強，如果需要進一步優(yōu)化系統(tǒng)，可借鑒GUNDUZA I E團隊為高粘度推進劑藥漿擠出噴嘴配置高振幅超聲振動器的思路，和藺向陽團隊的紫外光預(yù)固化和熱后固化的思路。此外，由于大型復(fù)雜藥柱在打印過程中存在坍縮問題，而JEREMY團隊研發(fā)的將復(fù)合固體推進劑氧化劑與燃料按照一定量或比例分別使用熔融沉積法(FDM)打印在每層各自區(qū)域的思路，不僅啟發(fā)研究人員將支撐結(jié)構(gòu)材料和推進劑藥漿分別按比例打印在相應(yīng)位置，最后除去支撐結(jié)構(gòu)材料，從而實現(xiàn)大型復(fù)雜藥柱打印，而且啟迪研發(fā)人員從微米級材料入手，實現(xiàn)每層氧化劑與燃料分別打印，最終層層堆疊成高固含量的藥柱，或推力可變藥柱。

目前，對3D打印復(fù)合固體推進劑藥柱固化前后應(yīng)力釋放及其對藥型結(jié)構(gòu)的影響研究較少。盡管固體含量超過85%能采用擠壓成型技術(shù)打印出來，但大型、復(fù)雜傳統(tǒng)丁羥復(fù)合固體推進劑藥柱擠出成型和固化時間相比傳統(tǒng)澆注固化工藝并未顯著縮短，預(yù)固化時間仍較長，且打印藥柱因自重易出現(xiàn)變形問題。因此，需對推進劑配方和工藝持續(xù)優(yōu)化。同時，光固化作為復(fù)合固體推進劑預(yù)固化的方法之一，對光敏樹脂及光固化工藝參數(shù)仍需深入研究。復(fù)合固體推進劑藥柱、襯層、絕熱層、殼體、噴管及其他箭體部分一體打印成型技術(shù)研究較少。此外，復(fù)合固體推進劑配方及材料篩選、復(fù)合固體推進劑流體力學、噴頭結(jié)構(gòu)與機理、支撐結(jié)構(gòu)材料、原位打印和固化(如發(fā)動機殼體內(nèi)打印和固化)，仍將是未來研究的重點。