張晨凱 張敏 付思達(dá)
摘要:當(dāng)今社會(huì),3D打印技術(shù)在兩個(gè)方面的研究有所涉及,那就是火工品裝藥和炸藥裝藥,專業(yè)人員對(duì)這兩個(gè)方面研究有所進(jìn)展。研究結(jié)果表明,3D打印技術(shù)在一定方面有其存在的應(yīng)用,比如可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裝藥,成品低且質(zhì)量小,使用安全性能高,尤其在火工品裝藥和炸藥領(lǐng)域的發(fā)展有一定的研究?jī)r(jià)值,在今后的發(fā)展中也是十分重要的發(fā)展方向?;诖耍恼聦?duì)3D打印技術(shù)進(jìn)行了研究,根據(jù)國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)在炸藥中的研究,對(duì)其應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了探索。
關(guān)鍵詞:3D打印技術(shù);火工品裝藥;炸藥應(yīng)用
引言
3D打印技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究的結(jié)果,有重要的研究?jī)r(jià)值。自制造出3D打印技術(shù)后,被世界科技學(xué)者進(jìn)行了重點(diǎn)關(guān)注,成為了世界研究的中心。美國(guó)和中國(guó)兩個(gè)大國(guó)將3D打印技術(shù)列為國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的一個(gè)方向,并堅(jiān)信隨著3D打印技術(shù)的成熟和發(fā)展應(yīng)用,必將在國(guó)防科技發(fā)展中展現(xiàn)出不可忽視的力量。僅僅在發(fā)展之初,3D打印技術(shù)就在航空航天、船舶以及兵器中的應(yīng)用較為廣泛,2013年世界第一個(gè)3D打印手機(jī)在美國(guó)被研究制造出來(lái),引起了科技工作者的瘋狂的研究熱潮。
1. 3D打印技術(shù)在炸藥中的研究
1.1國(guó)外3D打印技術(shù)在炸藥中的研究
3D打印技術(shù)在炸藥中的研究有所突破和發(fā)展,尤其可以借助計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì),加快精密設(shè)備和特殊結(jié)構(gòu)的炸藥裝藥效果,具有靈活性、安全性以及可靠性。研發(fā)的周期短,表1為國(guó)外 3D打印技術(shù)在炸藥中的應(yīng)用情況。
美國(guó)作為世界大國(guó),在武器方面的研究從未停止,其中美國(guó)國(guó)防從1999年就開(kāi)始了3D打印技術(shù)的研究,并將其技術(shù)充分的應(yīng)用在國(guó)防領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)對(duì)火工品的裝藥應(yīng)用。并對(duì)其進(jìn)行制造創(chuàng)新,武裝于軍隊(duì),美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)已在有關(guān)方面進(jìn)行了水下作戰(zhàn)試驗(yàn),如圖1所示。
美國(guó)海軍已安裝3D打印技術(shù),嫻熟的運(yùn)用技術(shù),可以通過(guò)單噴嘴擠注打印,配置炸藥配方,炸藥量進(jìn)行有效的控制,進(jìn)行能量的輸出,通過(guò)專業(yè)的技術(shù)設(shè)計(jì),使得噴墨量可以控制該裝置具有高精密的移動(dòng)裝藥基體。與此同時(shí),英國(guó)也在研究3D打印技術(shù),并在2020年對(duì)外進(jìn)行了展示,采用研制的彈藥樣品設(shè)計(jì)特定的形狀,個(gè)性化的設(shè)計(jì)展現(xiàn)出不同的爆炸效果,通過(guò)研究創(chuàng)新,將3D打印技術(shù)完成復(fù)雜的裝藥效果,可以控制輸出。
圖2所展示的是英國(guó)制造出來(lái)的3D打印炸藥樣品,裝藥尺寸依然較小,原因無(wú)外乎是受制于打印設(shè)備平臺(tái)和與之相匹配的炸藥配方這兩大方面。
1.2國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)在炸藥中的研究
目前,國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)進(jìn)行研究創(chuàng)新,一定程度上可以進(jìn)行自主研發(fā),尤其是對(duì)炸藥的研究,和國(guó)外的研究所相一致,國(guó)內(nèi)的部分高校也建立了專業(yè)的從事3D打印技術(shù)的研究團(tuán)隊(duì),針對(duì)相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行研究。TNT炸藥能量大,破壞力強(qiáng),但是也有一定的缺陷,力學(xué)性能差等問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決,采用3D打印技術(shù)可以很好的運(yùn)用在炸藥中,針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題,制備專門(mén)的直徑和高度的炸藥藥柱,通過(guò)對(duì)抗壓強(qiáng)度和破壞力及范圍等一系列方面進(jìn)行對(duì)比,解決傳統(tǒng)的炸藥消耗量及影響范圍。過(guò)程相對(duì)較為復(fù)雜,影響因素多,異型產(chǎn)品成型困難等問(wèn)題采用建模加仿真分析的方法對(duì)3D打印的噴射過(guò)程進(jìn)行了研究,并給出了噴嘴直徑、撞針行程和驅(qū)動(dòng)壓力的研究建議,為3D打印 PBX炸藥裝藥工藝設(shè)計(jì)提供了參考。專業(yè)人員利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)制造出了以TATB和CLˉ20兩種炸藥體系構(gòu)筑的3種復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)藥柱,驗(yàn)證了3D打印技術(shù)適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)炸藥裝藥,并且通過(guò)特殊的裝藥結(jié)構(gòu)改善了CLˉ20炸藥藥柱的機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于所用打印的針頭口徑很小,打印速度受限,所以并不適用于大尺寸戰(zhàn)斗部炸藥裝藥。
大尺寸炸藥的發(fā)展研究很有必要,時(shí)代在發(fā)展,科學(xué)技術(shù)也在不斷的進(jìn)步。針對(duì)3D打印技術(shù),如何將其作用進(jìn)行有效的發(fā)揮,使之在軍事領(lǐng)域發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì),專業(yè)人員需要進(jìn)行深度的研究。大尺寸的炸藥裝藥技術(shù),目前在特定的研究所進(jìn)行了大量的復(fù)雜的技術(shù)試驗(yàn),推進(jìn)大尺寸裝藥柱試驗(yàn),制造出了相關(guān)的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的推進(jìn)和炸藥的物理狀態(tài),在一定的溫度下進(jìn)行了一定的變化,針對(duì)這樣的現(xiàn)象,專業(yè)人員研究了光固化推進(jìn)劑,從而提高了3D打印技術(shù)的使用安全性能,改善了推進(jìn)劑藥柱的力學(xué)性能,很大程度上提高了發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)裝藥方面的力學(xué)要求,進(jìn)行了研發(fā)申請(qǐng)并注冊(cè)了專利。
2. 3D打印技術(shù)在炸藥領(lǐng)域中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)分析
現(xiàn)代的軍事、武器方面的優(yōu)化非常明顯,對(duì)武器的先進(jìn)性研究十分突出,各種武器的研發(fā)不斷升級(jí)和優(yōu)化,根據(jù)不同形勢(shì)的需要,研究武器的功能也越發(fā)全面。炸藥的研發(fā)是很重要的一部分,3D打印技術(shù)的問(wèn)世使得軍事的發(fā)展又有了進(jìn)步,其技術(shù)在炸藥領(lǐng)域的應(yīng)用有很大的優(yōu)勢(shì)。就傳統(tǒng)的炸藥而言,其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,通過(guò)觸發(fā)炸藥引信使其發(fā)揮威力,相對(duì)于3D打印技術(shù),可以采用計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)制作樣品,通過(guò)樣品模型使得研究人員對(duì)炸藥更加了解,在一定程度上可以開(kāi)放技術(shù)人員的思維放射,不再受到局限思想的影響,制造出不同形狀的裝藥柱,在一定條件下可以完成裝藥的工作。例如無(wú)法實(shí)現(xiàn)的裝藥任務(wù),通過(guò)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易的裝藥柱,空心藥柱的研發(fā)配合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝藥制造,使更合適的樣品應(yīng)用在炸藥裝藥柱方面,相比傳統(tǒng)的炸藥制作,加工的方式會(huì)更容易,周期短且成本低,而且更加安全可靠。
3D打印技術(shù)在軍事上進(jìn)行應(yīng)用,很大程度上提高了軍事材料的節(jié)約,避免出現(xiàn)浪費(fèi)的情況,這種技術(shù)的應(yīng)用,通過(guò)對(duì)炸藥柱的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),更加科學(xué),安全可靠的同時(shí)得到更多軍事人事的青睞,炸藥的一次性成型,很好的控制了成本。應(yīng)用3D打印技術(shù),不需要進(jìn)行重復(fù)制造施工,計(jì)算機(jī)的控制裝藥,過(guò)程中無(wú)人參與,更加高效,精度高,質(zhì)量得到了一定的保障,促進(jìn)了裝藥的專業(yè)化、工業(yè)化,自動(dòng)化、安全化,生產(chǎn)過(guò)程也更加有序,也對(duì)作業(yè)人員的工作環(huán)境得到極大的改善。
3D打印技術(shù)通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,控制制造打印噴嘴,實(shí)現(xiàn)炸藥裝藥程序,通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備,使得裝藥更加的均勻。打印成型后的炸藥樣品內(nèi)部仍然保持這種狀態(tài),通過(guò)電腦控制打印材料,藥量的控制精度高,炸藥能量的釋放會(huì)十分充分。對(duì)于裝藥精度有嚴(yán)格要求的炸藥來(lái)說(shuō),這是一種十分有效的措施。
3D打印技術(shù)快速、精準(zhǔn)、高效、安全、節(jié)約材料等很多的特點(diǎn),使得這種技術(shù)在現(xiàn)今的發(fā)展越發(fā)必要,與傳統(tǒng)的裝藥手段形成鮮明的對(duì)比,可以借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)制造,通過(guò)設(shè)計(jì)藥柱模型,很直觀的展現(xiàn)在人們的眼前,使得制造生產(chǎn)更加信息化和專業(yè)化。
3結(jié)語(yǔ)
3D打印技術(shù)在今后的發(fā)展中會(huì)得到重視,尤其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用,其優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯,很多國(guó)內(nèi)外的學(xué)者均對(duì)其進(jìn)行大量的研究,發(fā)現(xiàn)3D打印技術(shù)在炸藥方面的應(yīng)用前途很廣,頂層的設(shè)計(jì),研發(fā)的力度也會(huì)加大。軍事領(lǐng)域的研發(fā)具有一定的特殊性,擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的材料生產(chǎn)技術(shù),建立3D模型,直觀的應(yīng)用在炸藥方面,數(shù)字化的管理,對(duì)未來(lái)軍事發(fā)展搶占一定的先機(jī)。目前的研發(fā)還處于初級(jí)階段,今后的大尺寸藥柱的研發(fā)是主要方向之一,炸藥領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā),材料規(guī)格以及適應(yīng)性的問(wèn)題,都有待進(jìn)一步的研究,在不斷的科技研發(fā)的過(guò)程中,研發(fā)技術(shù)會(huì)逐漸成熟化,在技術(shù)的發(fā)展中提升應(yīng)用的實(shí)際效果,在軍事領(lǐng)域的發(fā)展前途將會(huì)更廣。
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(作者簡(jiǎn)介:張晨凱,現(xiàn)任職稱:彈藥助理工程師,研究方向:彈藥儲(chǔ)供保障;張敏,研究方向:車(chē)輛保障管理,工作單位:69245部隊(duì);付思達(dá),現(xiàn)任職稱:車(chē)輛助理工程師,研究方向:車(chē)輛維修,工作單位:69223部隊(duì))