一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备，属于固体发动机制造技术领域，本发明专利技术基于光固化技术提出绝热装药一体化的制造方法，采用多组分同步进料的方式打印绝热层，其目的在于构建一种梯度化结构的绝热层。该种结构的绝热层具有与药柱及壳体接触面粘合剂含量高，使其具有良好的界面粘接性能，中间层耐烧蚀填料含量高，使其整体具有较好的耐烧蚀性能。因此本发明专利技术的工艺能够实现药柱与绝热层的同步制造，无需使用衬层来实现推进剂与绝热层的界面粘接，可有效降低固体火箭发动机的消极质量，提升固体火箭发动机性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备
本专利技术属于固体火箭发动机制造
，具体涉及一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备。
技术介绍
随着导弹武器技术的发展，固体火箭发动机装药设计越来越复杂。传统装药工艺在复杂装药结构固体火箭发动机制造中存在的局限与不足主要在两点：第一，对于具有复杂内燃面结构的药柱，受芯模设计与脱除的限制，制造难度大；第二，绝热层与推进剂通过分步成形后装配方式完成装药，装配面靠衬层实现粘接，界面脱粘情况无法完全避免，存在重大安全隐患。
技术实现思路
针对现有技术在复杂装药结构制造中工艺适配性差的问题，本专利技术公开了一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法及打印装置和成形设备，以解决复杂结构固体发动机制造工艺中装药制造适配性差问题，为固体发动机制造提供新的解决途径。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术公开了一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，包括以下步骤：1)对待加工的绝热装药一体化结构进行模型设计，将设计完成的绝热装药一体化结构转换成3D打印可识别的三维模型，然后进行分层切片处理，将适合进行单层成形的二维数据导出的STL格式文件导入3D打印成型机；2)根据步骤1)模型设计的一体化结构药柱模型进行打印处理，每层成形均包括打印推进剂药柱和打印绝热层，其中：打印推进剂药柱时，混合后的推进剂药浆直接输入至打印头后挤出；打印绝热层时，采用多组分同步进料的方式，将固、液两相原材料放置于不同的储量装置中，通过控制固液两相进料比例，然后混合后挤出，构建得到梯度化结构的绝热层；3)采用层层叠加的方式，重复步骤2)的打印处理直至完成待加工的绝热装药一体化结构的成形制造。优选地，步骤2)中，在每一层面的打印中，首先打印内部药柱结构，药柱结构打印时，按照先外轮廓扫描，后填充的顺序，单层药柱成形完毕后，LED紫外固化灯开启，对药柱进行预固化定型。优选地，打印绝热层时，通过控制固、液两相材料的进料比，完成绝热层内层、绝热层中间层及绝热层外层的打印，打印完毕后开启LED紫外固化灯，对整个截面进行固化。绝热层打印喷头采用多组分同步进料的方式。初始时，固、液两相原材料分别放置于储料罐内，其中固相储料罐内为混有微量溶剂的耐烧蚀填料，如白炭黑、芳纶纤维等，液相出料罐内为绝热层基体粘合剂。挤出成形时，根据发动机不同径向位置绝热层组分设计要求，控制固液两相进料比例，在混合装置中完成混合、匀化，送至打印喷头处后实现物料打印。进一步优选地，绝热层内层和绝热层外层均为高胶含量层，固相含量介于40％～60％之间；绝热层中间层为高固相填料层，固相含量大于60％。进一步优选地，所用的LED紫外固化灯为非激光型，其固化波长为紫外波段，包括但不限于254nm、365nm、395nm等，固化灯为LED型或汞灯型。优选地，针对推进剂药浆，其功能组分为：金属燃料、氧化剂、炸药等高能组分，其组分配比与现有的复合固体推进剂组分相一致，推进剂药浆固相含量范围为60-85wt％。针对绝热层药浆，其功能组分为耐烧蚀填料，包括但不局限与芳纶纤维、白炭黑等，其组分配比与现有的绝热层组分相一致，绝热层药浆固相含量范围为40-85wt％。本专利技术还公开了一种实现上述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法的打印装置，包括打印系统和供混料系统；所述打印系统包括推进剂打印喷头和绝热层打印喷头；所述供混料系统包括推进剂料筒、绝热层固相料筒和绝热层液相料筒；所述推进剂料筒与推进剂打印喷头相连，绝热层固相料筒和绝热层液相料筒分别与绝热层打印喷头相连。优选地，打印系统采用柱塞挤出式、气动挤出式或螺杆挤出式设备；所述供混料系统采用静态混合管式或动态螺杆混合式设备。优选地，还包括安装于供混料系统和/或打印系统上的温控系统，用于实时监控供混料系统与打印系统内的温度。本专利技术还公开了含有上述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法的打印装置的成形设备，包括机架，以及设置在机架上且与所述打印喷头配合使用的成形平台、LED紫外固化灯和机械运动平台；所述打印喷头安装在机械运动平台的一端，机械运动平台的另一端固定在机架上，机械运动平台为XYZ三维运动平台；所述LED紫外固化灯设有若干个，对称布置在成形平台四周；打印时，打印喷头在机械运动平台的带动下移动至成形平台的指定位置，定量挤出原材料，在LED紫外固化灯作用下完成光聚合反应。优选地，XYZ三维运动平台包括但不局限于三轴直线模组式、龙门式、机械臂式三维运动平台等。优选地，供混料系统工作原理包括但不局限于静态混合管式、动态螺杆混合式等混合方法。其供混料系统工作时，可由外场压力或螺杆转动驱动力提供物料输送动力。优选地，所述的温控系统安装于供混料系统与打印系统处。温控系统采用油浴或水浴形式提供热源，通过热电偶实时监控供混料系统与打印系统内的温度。该温控系统的目的在于使得打印药浆保持恒定的温度，以免由于温度波动导致其流变性能产生变化，进而影响挤出打印效果。优选地，由于该装置用于含能材料的加工，位于含能材料加工区域中的所有电气元件均满足防爆要求；所有位于含能材料加工区域中的机械元件均为密封结构，可阻止含能粉尘进入运动结构中；所有与含能材料直接接触的部件，其化学性质稳定，不与药浆发生反应。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术以复杂药型固体火箭发动机为对象，突破了以往绝热装药分步制造后装配的工艺，采用增材制造技术实现绝热装药的一体化制造，提升了复杂结构固体火箭发动机的加工柔性，简化了制造流程，提升了工艺安全性。本专利技术的具体创新点体现在两点：1.基于光固化技术，实现复杂药型推进剂药柱的增材制造；2.提出绝热装药一体化的制造方法，采用多组分同步进料的方式打印绝热层，其目的在于构建一种梯度化结构的绝热层。该种结构的绝热层具有与药柱及壳体接触面粘合剂含量高，使其具有良好的界面粘接性能，中间层耐烧蚀填料含量高，使其整体具有较好的耐烧蚀性能。因此本专利技术的工艺能够实现药柱与绝热层的同步制造，能够有效解决复杂结构推进剂药柱的成形问题，可以实现任意复杂结构的无模化成形；同时，本专利技术无需使用衬层来实现推进剂与绝热层的界面粘接，能够解决推进剂药柱与绝热层之间的粘接问题，采用3D打印的方式可以在单一层中实现绝热层与药柱之间的良好粘接，从而进一步提升了绝热层与药柱之间的粘接可靠性，可有效降低固体火箭发动机的消极质量，提升固体火箭发动机性能。附图说明图1为本专利技术的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法的打印装置结构示意图；图2为本专利技术的挤出螺杆的结构示意图；图3为本专利技术的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法的打印装置的成形设备结构示意图；图4为本专利技术的梯度结构绝热层示意图。其中：1-推进剂打印喷头；2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)对待加工的绝热装药一体化结构进行模型设计，将设计完成的绝热装药一体化结构转换成3D打印可识别的三维模型，然后进行分层切片处理，将适合进行单层成形的二维数据导出的STL格式文件导入3D打印成型机；/n2)根据步骤1)模型设计的一体化结构药柱模型进行打印处理，每层成形均包括打印推进剂药柱和打印绝热层，其中：/n打印推进剂药柱时，混合后的推进剂药浆直接输入至打印头后挤出；/n打印绝热层时，采用多组分同步进料的方式，将固、液两相原材料放置于不同的储量装置中，通过控制固液两相进料比例，然后混合后挤出，构建得到梯度化结构的绝热层；/n3)采用层层叠加的方式，重复步骤2)的打印处理直至完成待加工的绝热装药一体化结构的成形制造。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对待加工的绝热装药一体化结构进行模型设计，将设计完成的绝热装药一体化结构转换成3D打印可识别的三维模型，然后进行分层切片处理，将适合进行单层成形的二维数据导出的STL格式文件导入3D打印成型机；
2)根据步骤1)模型设计的一体化结构药柱模型进行打印处理，每层成形均包括打印推进剂药柱和打印绝热层，其中：
打印推进剂药柱时，混合后的推进剂药浆直接输入至打印头后挤出；
打印绝热层时，采用多组分同步进料的方式，将固、液两相原材料放置于不同的储量装置中，通过控制固液两相进料比例，然后混合后挤出，构建得到梯度化结构的绝热层；
3)采用层层叠加的方式，重复步骤2)的打印处理直至完成待加工的绝热装药一体化结构的成形制造。


2.根据权利要求1所述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，步骤2)中，在每层的打印中，首先打印内部药柱结构，药柱结构打印时：按照先外轮廓扫描、后填充的顺序，单层药柱成形完毕后，LED紫外固化灯开启，对药柱进行预固化定型。


3.根据权利要求1所述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，打印绝热层时，通过控制固、液两相材料的进料比，完成绝热层内层、绝热层中间层及绝热层外层的打印，打印完毕后开启LED紫外固化灯，对整个截面进行固化。


4.根据权利要求3所述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，绝热层内层和绝热层外层均为高胶含量层，固相含量介于40％～60％之间；绝热层中间层为高固相填料层，固相含量为60％～85％。


5.根据权利要求2或3所述的基于光固化技术的绝热装药一体化增材制造方法，其特征在于，所用的LED紫外固化灯选择非激光型固化灯。


6...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗恺，王权威，邓安华，张习龙，牛草坪，刘超，鲁中良，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，湖北三江航天江河化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61