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。

參考文獻(xiàn)

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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)）