本發(fā)明屬于3d打印和聚能戰(zhàn)斗部，具體涉及一種基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩及其制備方法。

背景技術：

1、“爆炸反應裝甲”因為輕質和優(yōu)良的防護性能，經常被披掛在坦克車輛上以用來對付反坦克彈藥，通常由兩塊平行的鋼板中間夾一層炸藥制成，中間夾層炸藥往往是惰性的，而且具有一定的引爆條件。當破甲彈侵徹爆炸反應裝甲盒體的時候，彈丸的引信引爆聚能戰(zhàn)斗部裝藥，形成聚能破甲射流以引爆中間層的惰性炸藥，爆炸反應裝甲的前后飛板在夾層炸藥的爆轟下，開始沿著各自板面的法線方向高速運動，并對聚能破甲射流進行周期性的切割，導致射流在穿過爆炸反應裝甲之后失去連續(xù)性和穩(wěn)定性。與此同時，射流在受到金屬碎片和向侵徹入口高速噴出的爆轟產物的側向阻力作用下，會發(fā)生嚴重的歪曲和斷裂，從而削弱射流度主裝甲的侵徹穿透能力。

2、爆炸反應裝甲出現(xiàn)的同時也促進了反裝甲武器的發(fā)展，目前被廣泛應用的反爆炸反應裝甲武器主要的是串聯(lián)戰(zhàn)斗部技術。例如前后兩級都采用聚能裝藥的串聯(lián)戰(zhàn)斗部，其前級一般采用金屬藥型罩，利用產生的金屬射流沖擊并引爆爆炸反應裝甲的夾層炸藥。經過一定的延遲時間后，后級裝藥起爆形成主射流對目標裝甲進行毀傷。該技術雖然避免了主射流直接面對爆炸反應裝甲，但還是會受到爆炸反應裝甲夾層炸藥爆炸后產生的爆轟場的影響，減小主射流的侵徹威力。為了避免這種情況的發(fā)生，人們提出了對爆炸反應裝甲“穿而不爆”的技術，目的是令射流穿過爆炸反應裝甲的同時不引爆中間的夾層炸藥，為串聯(lián)戰(zhàn)斗部的后級主射流開辟侵徹通道。

3、目前研究發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)戰(zhàn)斗部的前級聚能射流如果采用非金屬、金屬-非金屬復合材料等低密度材料，其產生的低密度聚能射流可以實現(xiàn)對爆炸反應裝甲的穿而不爆技術。因此低密度復合材料藥型罩是用來對付“爆炸式反應裝甲”的有力武器裝備之一，低密度復合材料藥型罩目前已有的制備方法有：傳統(tǒng)車削、冷壓燒結、模壓成型、熱壓等加工工藝。以上制備工藝存在精度低、材料浪費大、耗時長等缺點。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明針對低密度復合材料藥型罩傳統(tǒng)制備工藝存在精度低、材料浪費大、耗時長等缺陷，提出一種基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩新的制備方法，該技術采用數(shù)字建模和參數(shù)化的技術方法，有效控制打印精度的同時可以減少傳統(tǒng)加工工藝繁瑣的加工步驟，可達到快速成型藥型罩的要求，適用于低密度復合材料藥型罩的制備。同時，本發(fā)明首次提出采用pla-cu復合材料進行藥型罩的熔融沉積3d打印工作，通過增材制造的方式，相比減材制造來說，可以從源頭上減少原材料的浪費。因此，3d打印低密度復合材料藥型罩的制備具有重要的研究意義。利用該方法和新材料可完成精度高且可控、打印速度快、原材料浪費少等特點，完成低密度復合材料藥型罩的制備。

2、本發(fā)明的技術目的的通過下述技術方案予以實現(xiàn)。

3、一方面，本發(fā)明提供了一種基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

4、1)根據(jù)多級串聯(lián)戰(zhàn)斗部中的前級小口徑破甲戰(zhàn)斗部尺寸使用三維模型建模軟件設計所述低密度復合材料藥型罩的三維模型結構；

5、2)設定所述低密度復合材料藥型罩的3d打印的層高、噴嘴直徑、噴嘴溫度、走線方向、打印速度；

6、3)結合3d打印機的切片軟件，將所述低密度復合材料藥型罩的三維模型分解為二維切片模型，并導入3d打印機使用pla-cu復合材料進行熔融沉積3d打印工作；然后取出3d打印的低密度復合材料藥型罩，進行邊緣打磨；

7、4)設計多級串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級小口徑裝藥結構，使用粘合劑安裝和調試所述3d打印的低密度復合材料藥型罩與所述裝藥結構。

8、進一步地，步驟2)中，所述噴嘴直徑與所述低密度復合材料藥型罩的壁厚的比值不大于30％。

9、進一步地，步驟2)中，所述噴嘴溫度高于所述pla-cu復合材料的熔融溫度的10％-20％。

10、進一步地，步驟2)中，所述走線方向以所述低密度復合材料藥型罩的內部密實為導向，致密度不小于99％。

11、進一步地，步驟2)中，所述打印速度不高于45mm/min。

12、進一步地，步驟3)中，所述切片軟件為用于熔融沉積型3d打印機的開源切片軟件。

13、進一步地，步驟4)中，所述多級串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級小口徑的裝藥口徑介于15-45mm之間，裝藥長徑比介于0.8-1.3之間。

14、進一步地，步驟4)中，所述裝藥結構的裝藥密度不小于1.65g/cm3。

15、進一步地，步驟4)中，所述粘合劑為蟲膠漆材料。

16、另一方面，本發(fā)明還提供了通過上述制備方法制備得到的低密度復合材料藥型罩。

17、相比于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具備如下有益效果：

18、1)本發(fā)明提出使用3d打印工藝來制備藥型罩的新方法，該技術采用數(shù)字建模和參數(shù)化的技術方法，有效控制打印精度的同時可以減少傳統(tǒng)加工工藝繁瑣的加工步驟，可達到快速成型藥型罩的要求，適用于低密度復合材料藥型罩的制備。

19、2)本發(fā)明創(chuàng)造性地提出采用pla-cu復合材料進行藥型罩的熔融沉積3d打印工作。藥型罩對材料性能要求特殊。聚乳酸銅通常不會被考慮到作為藥型罩3d打印材料。一是機械性能方面，藥型罩在炸藥爆炸作用下需要承受極高的壓力和快速的變形，像紫銅等傳統(tǒng)材料的良好延展性在此情況下更具優(yōu)勢。二是在能量傳遞和侵徹能力上，傳統(tǒng)的高能量密度材料如鉭鎢合金在這方面表現(xiàn)突出。三是在穩(wěn)定性方面，藥型罩工作環(huán)境是爆炸產生的高溫、高壓極端環(huán)境，像純鎳等材料的高溫穩(wěn)定性已經被認可用于一些特殊環(huán)境。由此，技術人員往往傾向于采用這些現(xiàn)有成熟材料。

20、3)3d打印技術采用增材制造的方式，相比減材制造來說，可以從源頭上減少原材料的浪費。因此，3d打印低密度復合材料藥型罩的制備具有重要的研究意義。

技術特征：

1.一種基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述噴嘴直徑與所述低密度復合材料藥型罩的壁厚的比值不大于30％。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述噴嘴溫度高于所述pla-cu復合材料的熔融溫度的10％-20％。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述走線方向以所述低密度復合材料藥型罩的內部密實為導向，致密度不小于99％。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述打印速度不高于45mm/min。

6.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述切片軟件為用于熔融沉積型3d打印機的開源切片軟件。

7.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述多級串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級小口徑的裝藥口徑介于15-45mm之間，裝藥長徑比介于0.8-1.3之間。

8.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述裝藥結構的裝藥密度不小于1.65g/cm3。

9.根據(jù)權利要求1所述的基于熔融沉積3d打印技術的低密度復合材料藥型罩的制備方法，其特征在于，步驟4)中，所述粘合劑為蟲膠漆材料。

10.通過根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的制備方法制備得到的低密度復合材料藥型罩。

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于熔融沉積3D打印技術的低密度復合材料藥型罩及其制備方法，該方法包括：1)設計低密度復合材料藥型罩的三維模型結構；2)設定低密度復合材料藥型罩的3D打印各項參數(shù)；3)將低密度復合材料藥型罩的三維模型分解為二維切片模型，并導入3D打印機使用PLA?Cu復合材料進行熔融沉積3D打印工作；然后取出3D打印的低密度復合材料藥型罩，進行邊緣打磨；4)設計多級串聯(lián)戰(zhàn)斗部前級小口徑裝藥結構，調裝3D打印的低密度復合材料藥型罩與裝藥結構。本發(fā)明提供的低密度復合材料藥型罩制備方法，模型尺寸精確可控、制備時間短、工藝簡單、成本低，藥型罩材料為可降解材料，環(huán)境友好，且制備出的藥型罩具有對爆炸反應裝甲實現(xiàn)穿而不爆的效果。

技術研發(fā)人員：吉慶,馬佳佳,王志軍,伊建亞,馬欣宇,王成,劉歡,柏紹波
受保護的技術使用者：西北機電工程研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26