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.

文章鏈接：

1研究現(xiàn)狀

固體推進(jìn)劑是火箭等空天飛行器的重要?jiǎng)恿υ?，其性能決定固體動(dòng)力的發(fā)展水平。近年來(lái)，固體推進(jìn)劑增材制造研究持續(xù)推進(jìn)，主要圍繞光固化、粘結(jié)劑噴射與材料擠出三類(lèi)工藝展開(kāi)，并已實(shí)現(xiàn)梯度組分、復(fù)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(jìn)劑的設(shè)計(jì)與制造能力，為智能可控固體動(dòng)力的實(shí)現(xiàn)提供新的技術(shù)路徑。

2研究難點(diǎn)或瓶頸

固體推進(jìn)劑增材制造在材料適配、成形工藝與過(guò)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(dòng)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(lài)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(shí)現(xiàn)高固相與大尺寸藥柱，但成形精度相對(duì)較低；

（4）三類(lèi)工藝均需應(yīng)對(duì)推進(jìn)劑對(duì)溫度、壓力及靜電刺激的高敏感性，實(shí)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(lái)固體推進(jìn)劑增材制造的發(fā)展應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料體系與專(zhuān)用裝備三方面協(xié)同推進(jìn)。

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)層面，借助增材制造實(shí)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(jì)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(shù)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(jìn)劑增材制造平臺(tái)，具備基于人工智能的溫—壓—靜電多物理場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能工藝調(diào)控能力，以支持大尺寸、復(fù)雜藥柱的安全高效成形。

總體而言，增材制造技術(shù)將促進(jìn)固體動(dòng)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(jìn)。

4代表性圖片

圖1. 固體推進(jìn)劑增材制造技術(shù)示例

圖2. 粘結(jié)劑噴射成形固體推進(jìn)劑原理及示例

圖3. 光固化成形固體推進(jìn)劑原理及示例

圖4. 擠出成形固體推進(jìn)劑原理及示例

圖5. 論文聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)采用擠出成形制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)固體推進(jìn)劑藥柱

5作者或團(tuán)隊(duì)研究方向介紹

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

關(guān)于團(tuán)隊(duì)

作者介紹

李滌塵（團(tuán)隊(duì)帶頭人），西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院特聘教授，主要從事增材制造與生物制造方向研究，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)增材制造（3D打?。┓謺?huì)總干事。獲得國(guó)家“新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程”、中國(guó)青年科技獎(jiǎng)、獲得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，獲得首屆“全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先”獎(jiǎng)狀。

苗愷（第一作者），副研究員，擔(dān)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(xiàng)目技術(shù)副總師，中國(guó)空天動(dòng)力聯(lián)合會(huì)先進(jìn)制造及材料技術(shù)青年委員會(huì)副主任，Additive Manufacturing Frontier期刊首屆青年編委。主要從事空天動(dòng)力復(fù)雜構(gòu)件先進(jìn)制造技術(shù)研究，主持自然科學(xué)基金、裝發(fā)預(yù)研領(lǐng)域基金、裝發(fā)慧眼行動(dòng)項(xiàng)目、科工局基礎(chǔ)科研等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目/課題7項(xiàng)，并作為骨干成員參與國(guó)家973、科技重大專(zhuān)項(xiàng)等科研項(xiàng)目。獲陜西省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)，中國(guó)空氣動(dòng)力學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。在Journal of Materials Science & Technology、Additive Manufacturing等國(guó)內(nèi)外權(quán)威期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文40余篇，授權(quán)專(zhuān)利29項(xiàng)，獲軟件著作權(quán)2項(xiàng)，出版專(zhuān)著1部。

近年團(tuán)隊(duì)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(zé)任編輯：李 娜

責(zé)任校對(duì)： 金 程

審 核： 張 彤

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